IGBT-transistorer
(1 508)IGBT'er (insulated-gate bipolar transistors) hører til gruppen af elektroniske halvlederkomponenter. De bruges til at styre højeffektstrømme, dvs. høje spændinger og/eller strømstyrker. På grund af deres meget nødvendige egenskaber bruges IGBT'er f.eks. i invertere, som drives af jævnstrøm ved indgangen og genererer vekselstrøm ved udgangen. IGBT'er bruges også i andre strømforsyninger (f.eks. omformere, ensrettere, svejsere) og også i lydforstærkere og elbiler. Eksemplerne her er blot nogle af de mulige anvendelser af disse ekstremt nyttige elektroniske komponenter.
IGBT'ernes struktur og egenskaber
Bipolære transistorer med isoleret port er elektroniske komponenter med tre ledninger. På samme måde som almindelige bipolære transistorer har de en kollektor og en emitter, men i stedet for en base har IGBT'er en gate - en terminal, der er identisk med den i unipolære transistorer, f.eks. MOSFET'er. For nemt at forstå, hvordan de fungerer, skal man se på komponentens ækvivalente kredsløbsmodel, dvs. dens interne diagram. Det viser de tilsluttede transistorer: en bipolær PNP-transistor og en unipolær MOSFET med en N-kanal. MOSFET'ens drain er forbundet med den bipolære transistors base, og den unipolære transistors gate og den bipolære transistors kollektor og emitter slutter med de udvendige ledninger.
Strukturen i en IGBT kombinerer fordelene ved unipolære og bipolære transistorer. Den første er den enkle styring ved at påføre gate-indgangsspændingen, der er tilstrækkelig til emitteren (ca. 4-8 V). En anden fordel er dens evne til at lede høje strømstyrker. IGBT'er har en meget høj nominel kollektor-emitter-spænding, op til 6 kV. De er også velegnede til at styre høje strømstyrker, op til flere hundrede ampere.
På trods af deres betydelige fordele kræver disse komponenter, at deres styreenheder har en relativt høj udgangsstrøm. Det hænger sammen med behovet for hurtig genopladning af IGBT-gatens kapacitans under højfrekvente skift. Spidsstrømmen kan nå op på flere ampere. Det er dog en lavere værdi end den, der er nødvendig for at styre bipolare transistorer med lignende parametre. IGBT-strømmens skiftefrekvens (med korrekt styring) kan være så høj som 30 kHz.
En af fordelene ved IGBT'er i forhold til de udbredte MOSFET'er er et meget lavere fremadrettet spændingsfald. I tilfældet med MOSFETs er faldet alligevel lille, så de bruges ofte til at styre forskellige strømmodtagere, f.eks. LED-strips. Men når de leder høje strømstyrker, kan deres indre modstand forårsage høje spændingsfald og betydelig opvarmning. IGBT-spændingsfald er meget lavere, fordi den strømmende strøm er bipolær.
IGBT'er tænder relativt hurtigt for strømkredse, men sammenlignet med MOSFET'er tager det længere tid at slukke for den strøm, der løber gennem komponenten. Hvis man sænker spændingen på en IGBT's gate, slukker den ikke med det samme. Dette fænomen kaldes undertiden "den nuværende hale". Det begrænser også komponentens driftsfrekvens i det elektroniske kredsløb.
Ligesom andre elektroniske komponenter fås IGBT'er som SMD (overflademonterede) eller THT (through-hole technology) enheder. De kan også sælges som moduler, dvs. systemer med flere IGBT'er forbundet parallelt med yderligere elektroniske komponenter (modstande, dioder osv.).
Hvordan vælger du en IGBT til din applikation?
IGBT-transistorer har stort set identiske parametre som andre typer transistorer. Tag f.eks. den nominelle kollektor-emitterspænding, som angiver, hvor stor en potentialeforskel der kan være mellem disse ledninger, uden at der sker et sammenbrud og permanent skade på halvlederkomponenten. Denne parameter udtrykkes i volt [V]. Kollektor-emitter-spændingerne for IGBT'er kan nå fra ca. 300 V til helt op til 5 kV.
En anden vigtig parameter er kollektorstrøm, dvs. den maksimale gennemsnitsstrøm, der flyder gennem transistoren. Den udtrykkes i ampere [A]. Almindeligt tilgængelige IGBT'er kan håndtere strømme fra 1 A til 400 A. Denne parameter er forbundet med en anden, kendt som effektafgivelse, udtrykt i watt [W], som kan nå fra 10 W til 2 kW. Jo højere strømmen er, jo højere effekt afgives som varme gennem det ydre kabinet. Komponenter med større huse kan nå højere værdier for afledt effekt på grund af bedre varmeafledning. For at øge effektiviteten bruges der ofte passiv køling. Den anvendes ved at sætte en radiator på transistoren (skruet eller limet fast med varmeoverførende lim). En anden løsning er et aktivt kølesystem, som er en luftstrøm fremtvunget af en ventilator.
Ud over en nominel kollektorstrøm specificerer producenterne en maksimal kollektorstrøm, som definerer den maksimale transiente strøm, der kan flyde gennem komponenten uden at forårsage øjeblikkelig termisk skade. IGBT'er kan håndtere op til 1 kA spidsstrøm.
Afhængigt af det valgte styresystem skal du tage højde for den maksimalt tilladte gate-emitter-spænding (normalt mellem 10 V og 30 V). For at få oplysninger om den valgte transistors koblingstærskel og den fremadrettede strøm, der kan opnås under de givne forhold, skal du læse den specifikke komponents dokumentation. Den indeholder blandt andet karakteristika for forholdet mellem kollektorstrømmen og kollektor-emitter-spændingen og gate-emitter-spændingen.
Til justering af en driver er en IGBT-transistors gate-ladning, udtrykt i coulombs [C], en vigtig detalje. Dens værdi kan variere fra 6 nC til 1180 nC. Det er en nøgleparameter i forhold til at vælge en styreenhed, som skal have en tilstrækkelig udgangsstrøm til at forsyne og aflade gaten optimalt. Denne parameter er især vigtig for transistorens høje skiftefrekvenser.
Dokumentation indeholder også ofte transistorers tænd- og slukforsinkelsestider, som er vigtige for design af elektroniske kredsløb af visse typer.
Lagerbygning:
