IGBT транзисторы

Ассортимент категории IGBT транзисторы

IGBT транзисторы. Преимущества. Устройство и работа. Сфера использования
Сегодня в электронике имеют большую популярность IGBT транзисторы. Расшифровывается эта аббревиатура с английского языка - биполярный транзистор с изолированным затвором. Транзистор применяется как мощный электронный ключ для систем управления приводами электромеханизмов, в источниках питания, инверторах и других устройствах.

IGBT транзисторы сочетают в себе свойства биполярного и полевого транзистора. Они управляются путем подачи напряжения на затвор, изолированный от цепи. Характерным свойством этого транзистора является низкая мощность управления, которая применяется для переключения мощных силовых цепей.
Наибольшей популярностью пользуются IGBT в силовых цепях преобразователей частоты и электродвигателей переменного тока мощностью до 1 МВт. По вольтамперной характеристике эти транзисторы аналогичные биполярным компонентам, но качество и чистота коммутации в них намного лучше.

Современные технологии изготовления позволяют оптимизировать транзисторы по функциональным характеристикам. Уже разработаны полупроводники, способные работать при большем напряжении и величине тока.

В регуляторах скорости применяются IGBT транзисторы с рабочей частотой в несколько десятков кГц.

Преимущества

• Простая параллельная схема.
• Отсутствие потерь.
• Повышенная плотность тока.
• Устойчивость к замыканиям.
• Малые потери в открытом состоянии.
• Возможность работы при высокой температуре (выше 100 º С).
• Использование с напряжением (выше 1 кВ) и мощностями (свыше 5 кВт).

При проектировании схем подключения с транзисторами нужно иметь в виду, что существует ограничение по наибольшему току. Для этого применяют различные способы:

• Правильный подбор тока защиты.
• Выбор сопротивления затвора.
• Использование обходных путей коммутации.

Устройство и работа

Внутри IGBT транзистор содержит каскад двух электронных ключей, управляющих конечным выходом.

Принцип действия транзистора заключается в двух этапах:

1. При подаче напряжения плюсового потенциала между истоком и затвором полевой транзистор открывается, появляется n-канал между стоком и истоком.
2. Начинается движение заряженных электронов с n-области в р-область, в результате чего открывается транзистор. В результате этого от эмиттера к коллектору протекает электрический ток.

IGBT транзисторы служат для приближения токов замыкания до безопасного значения. Они ограничивают напряжение затвора следующими методами:

• С помощью привязки к определенному значению напряжения. Это достигается тогда, когда драйвер затвора имеет постоянное напряжение. Главным способом является добавление в схему диода, имеет малое падение напряжения (диод Шоттки). Значительный эффект получается путем уменьшения индуктивности цепи затвора и питания.
• Ограничение значения напряжения затвора путем использования стабилитрона в схеме затвора и эмиттера. Неплохая эффективность получается путем установки диодов на дополнительных клеммах модуля. Диоды применяются с малым допуском и температурной зависимостью.
• Подключение в цепь отрицательной обратной связи эмиттера. Такой способ доступен, когда подключен эмиттер драйвера затвора к клеммам эмиттера модуля.

Сфера использования

IGBT транзисторы чаще всего работают в сетях высокого напряжения до 6,5 кВт для надежной и безопасной работы электроустановок в аварийном режиме при коротких замыканиях.

Вышеперечисленные свойства транзисторов позволяют использовать их в регуляторах частоты, инверторах, импульсных регуляторах тока, а также в сварочных аппаратах.

Также IGBT применяются в системах мощных приводов управления электровозов, троллейбусов. Это повышает КПД и создает повышенную плавность хода.

Силовые транзисторы широко используются в цепях высокого напряжения. Они входят в состав схем посудомоечных машин, бытовых кондиционеров, автомобильного электронного зажигания, блоков питания телекоммуникационного оборудования.

Проверка исправности
IGBT транзисторы проверяются в случаях ремонта электрического устройства. Проверку проводят с помощью мультиметра путем позвонки электродов эмиттера и коллектора в двух направлениях, чтобы проверить отсутствие замыкания. Емкость входа эмиттер-затвор необходимо зарядить минусовым напряжением. Это делается кратковременным прикосновением щупа мультиметра «СОМ» затвора и щупа «V / Ω / f» эмиттера.

Чтобы сделать проверку, нужно убедиться, работает ли в нормальном режиме транзистор. Для этого зарядим емкость на входе эмиттер-затвор плюсовым напряжением. Это делается коротким прикосновением щупа «V / Ω / f» затвора, а щупа «СОМ» эмиттера. Контролируется разность потенциалов эмиттера и коллектора, которая не должна превышать 1,5 В. Если напряжения тестера не хватит для открывания транзистора, то входную емкость можно зарядить от питания напряжением 15 В.

IGBT модули
Силовые транзисторы изготавливают не только в виде отдельных компонентов, но и в виде модулей. Такие модули входят в состав частотных преобразователей для управления электромоторами.

IGBT транзисторы нормально функционируют при рабочей частоте до 50 кГц. Если частоту повышать, то повышаются и потери. Свои возможности силовые транзисторы проявляют максимально при напряжении выше 400 В. Поэтому такие транзисторы часто встречаются в мощных электрических приборах высокого напряжения, а также в промышленном оборудовании.

История возникновения
Полевые транзисторы стали появляться в 1973 году. Затем разработали составной транзистор, который оснастили управляемым транзистором с помощью полевого полупроводника с затвором.

Первые силовые транзисторы имели недостатки, выражавшиеся в медленном переключении, низкой надежностью. После 90 годов и по настоящее время эти недостатки устранены. Силовые полупроводники имеют повышенное входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности, малый показатель остаточного напряжения.

Сейчас существуют модели транзисторов, способных коммутировать ток до нескольких сотен ампер, с рабочим напряжением в тысячи вольт.