Moderne isolerte gate bipolare transistorer (IGBTS) er ofte distribuert som spenningskontrollert bipolar enhet med metalloksyd halvleder (MOS) -lignende inngangsegenskaper og bipolare utgangsfunksjoner. Innføringen av IGBT har tillatt elektronikkingeniører å høste fordelene med både Power MOS-felt-effekt-transistoren (MOSFET) og den små signalbipolare transistoren (BJT) som et enkelt stykke maskinvare som kombinerer funksjonaliteten til Power MOSFET og BJT-komponenter. Strukturen kombinerer de enkle gate-drivkarakteristikkene til MOSFET-er med den høye strøm og lavmatureringsspenningsevne for bipolare transistorer.
Begrepet "isolert port" beskriver den høye inngangsimpedansen til MOSFETs inngang da den bruker spenningen ved portterminalen i stedet for en ekstern forsyning. Begrepet "bipolar" beskriver BJTs utgangsregion, der strøm strømmer via to ladningsbærere: elektroner og hull. På grunn av dette er det i stand til å håndtere enorme strømmer og spenninger med bare litt signalspenning. IGBT er en spenningskontrollert enhet på grunn av hybridkonstruksjonen.
Verdien av IGBTs i kraftelektronikk
Power Electronics finner utbredt bruk for IGBT-er, spesielt i pulsbreddemodulasjon (PWM) servo- og trefasestasjoner som krever presis kontroll over et bredt spekter av hastigheter med minimal bakgrunnsstøy. Disse enhetene kan også brukes i strømkretser som trenger hyppig bytte, for eksempel uavbrutt strømforsyning (UPS) og SMPS-systemer (SMPS).IGBTØker effektiviteten og reduserer støy, noe som gjør det til en mer dynamisk utøver i omformerkretser i biler og lastebiler, så vel som i industrielle motorer og husholdningsapparater som klimaanlegg og kjøleskap.
I tillegg blir IGBT -er også ofte brukt i fornybare energisystemer som sol- og vindkraftomformere, hvor de hjelper til med å konvertere DC -kraft til AC -kraft for bruk i hjem og bedrifter. De kan håndtere høyspenning og strømnivå, noe som gjør dem ideelle for disse applikasjonene. Teknologien fungerer like bra i resonans-modus omformerkretser og induksjonskoker. Kommersielt tilgjengelige IGBT -er har lave tap og ledningstap.
Vanlig bruk av IGBTS
La oss ta et eksempel på en induserende oppvarmingskrets. Nullspenningsbytte eller nullstrømbryter brukes i induksjonsoppvarming for å minimere byttingstap. IGBT -er er ofte foretrukket som en bryter her på grunn av høy resonansspenning eller strøm. Spesielt er induksjon av mikrobølgeovner, induksjons ris komfyrer og andre induksjonsapparater alle mulig på grunn av bruk av IGBT -er. Tilsvarende i UPS -systemer er IGBT -er tilgjengelige i både middels og stor kapasitet (flere KVA eller større kapasitet), som bidrar til både romfart og høy effektivitet.
Et annet eksempel er en spenningskildeomformer (VSC). IGBT -er har høyspenning og strømvurderinger, noe som gir mulighet for kontroll og fleksibilitet som ikke er oppnåelig med tyristorer. Deres bruk støtter implementering av multiterminal DC -linjer, og vanskeligheten med å filtrere de nåværende harmonikkene på AC -siden av omformeren reduseres ved anvendelse av PWM og flerlags omformerteknikker. Siden høyspenning DC (HVDC) som bruker VSC -er blir mer utbredt ved høyere spenninger og strømmer takket være den nådeløse fremgangen til IGBT, dukker DC -linjer opp som et mer tiltalende alternativ for kortere linjer siden de gir større kontroll av strømningsruter på nettet.
Fordelene med IGBTs over BJT og MOSFET
Konduktivitetsmodulasjonen resulterer i et ekstremt lite spenningsfall på tilstanden, og en høy statens strømtetthet. Dette gir mulighet for reduksjon i chipstørrelse og pris.
Inngang MOS GATE -layout gir lav kjørekraftfunksjon og en enkel drivkrets. I høye strøm- og spenningsapplikasjoner gir dette enklere regulering enn strømstyrte enheter.
Stort trygt driftsområde. Sammenlignet med den bipolare transistoren, er den mye bedre til å gjennomføre strøm, og viser seg overlegen i både fremover og bakover blokkeringsmuligheter.
Konklusjon
IGBT-er er spenningskontrollerte bipolare enheter med MOS-lignende inngangsegenskaper og bipolare utgangsfunksjoner, brukt i kraftelektronikkkretser som omformere, UPS, VSC og induerende varmekretser. Kommersielt tilgjengelige IGBT-er har lavt bytte og ledningstap, og gir mange fordeler i forhold til BJT og MOSFET, for eksempel liten spenningsfall, høy statstrekk, lav kjørekraft, enklere regulering, et stort sikkert driftsområde og overlegen fremover og bakoverblokkerende kapasiteter. I tillegg har IGBT-er en hurtigbyttehastighet og er i stand til å håndtere høye effektnivåer, noe som gjør dem ideelle for bruk i kraftelektronikkapplikasjoner som HVDC-overføringssystemer.