IGBT – Wikipedia tiếng Việt
Mitsubishi IGBT-Module với dòng 1200 A và điện áp cực đại 3300 V
LoạiChủ độngChâncollector, gate, emitterKý hiệu điện
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Transistor có cực điều khiển cách ly là một linh kiện bán dẫn công suất 3 cực được phát minh bởi Hans W. Beck và Carl F. Wheatley vào năm 1982. IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thường. Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ.[1]
Bạn đang đọc: IGBT – Wikipedia tiếng Việt
Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter ( tương tự như cực gốc ) với collector ( tương tự như với cực máng ), mà không phải là n-n như ở MOSFET. Vì thế hoàn toàn có thể coi IGBT tương tự với một transistor p-n-p với dòng base được điều khiển và tinh chỉnh bởi một MOSFET. [ 2 ]
Cấu trúc IGBT nổi bật
Mạch tương tự của IGBT
Đặc trưng tĩnh IGBTDưới công dụng của áp điều khiển và tinh chỉnh Uge > 0, kênh dẫn với những hạt mang điện là những điện tử được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET.Các điện tử chuyển dời về phía collector vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector ở transistor thường, tạo nên dòng collector .
Đặc tính đóng cắt của IGBT[sửa|sửa mã nguồn]
Do cấu trúc n-p-n mà điện áp thuận giữa C và E trong chính sách dẫn dòng ở IGBT thấp hơn hẳn so với Mosfet. Tuy nhiên do cấu trúc này làm cho thời hạn đóng cắt của IGBT chậm hơn so với Mosfet, đặc biệt quan trọng là khi khóa lại. Trên hình vẽ biểu lộ cấu trúc tương tự của IGBT với Mosfet và một transistor p-n-p. Ký hiệu dòng qua IGBT gồm hai thành phần : i1 dòng qua Mosfet, i2 dòng qua transistor. Phần Mosfet trong IGBT cs thể khóa lại nhanh gọn nếu xả hết được điện tích giữa G và E, do đó dòng i1 = 0, tuy hiên i2 sẽ không suy giảm nhanh gọn được do lượng điện tích lũy trong ( tương đươngvới base của cấu trúc p-n-p ) chỉ hoàn toàn có thể mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích. Điều này Open vùng dòng điện lê dài khi khóa IGBT. [ 3 ]
Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area)
[sửa|sửa mã nguồn]
Vùng làm việc an toàn được thể hiện dưới dạng đồ thị quan hệ giữa điện áp và giá trị dòng điện lớn nhất mà phần tử có thể hoạt động được trong mọi chế độ, khi dẫn, khi khóa, cũng như trong các quá trình đóng cắt. SOA của IGBT được biểu diễn ở hình bên.
Ở hình tiên phong trình diễn khi điện áp đặt lên cực điều khiển và tinh chỉnh và emitor là dương và hình thư hai thì điện áp này là âm. Khi điện áp tinh chỉnh và điều khiển dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế ở phía trên, bên phải, tương ứng với chính sách dòng điện và điện áp lớn. Điều này có nghĩa là khi chu kì đóng cắt càng ngắn, ứng với tần số thao tác càng cao thì năng lực đóng cắt hiệu suất càng suy giảm. Khi đặt điện áp tinh chỉnh và điều khiển âm lên cực tinh chỉnh và điều khiển và emitor, SOA lại bị số lượng giới hạn ở vùng hiệu suất lớn do vận tốc tăng điện áp quá lớn sẽ dẫn đến Open dòng điện lớn đưa vào vùng p của cực điều khiển và tinh chỉnh, công dụng giống như dòng điều khiển và tinh chỉnh làm IGBT mở trở lại như công dụng so với cấu trúc của thyristor. Tuy nhiên năng lực chịu đựng vận tốc tăng áp ở IGBT lớn hơn nhiều so với ở những thành phần bán dẫn hiệu suất khác .Giá trị lớn nhất của dòng được cho phép collector được cho phép Icm được chọn sao cho tránh được hiện tượng kỳ lạ chốt giữ dòng, không khóa lại được, giống như ở thyristor. Hơn nữa, điện áp điều khiển và tinh chỉnh lớn nhất Uge cũng phài được chọn để hoàn toàn có thể số lượng giới hạn được dòng điện Ice trong số lượng giới hạn lớn nhất được cho phép này trong điều kiện kèm theo sự có ngắn mạch bằng cách quy đổi bắt buộc từ chính sách bão hòa sang chính sách tuyến tính. Khi đó dòng Ice được số lượng giới hạn không đổi, không nhờ vào vào điện áp Uce lúc đó. Tiếp theo IGBT phải được khóa lại trong điều kiện kèm theo đó, càng nhanh càng tốt để tránh phát nhiệt quá mạnh. Tránh được hiện tượng kỳ lạ chốt giữ dòng bằng cách liên tục theo dõi dòng collector là điều thiết yếu khi phong cách thiết kế IGBT .
Yêu cầu với tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh[sửa|sửa mã nguồn]
Vấn đề bảo vệ IGBT[sửa|sửa mã nguồn]
Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao, từ 2 đến hàng chục kHz. Ở tần số đóng cắt cao như vậy, những sự cố hoàn toàn có thể tàn phá thành phần rất nhanh và dẫn đến phá hỏng hàng loạt thiết bị. Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ những thành phần có lỗi do sản xuất hoặc lắp ráp .Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp tinh chỉnh và điều khiển về giá trị âm. Tuy nhiên quá tải dòng điện hoàn toàn có thể đưa IGBT ra khỏi chính sách bão hòa dẫn đến hiệu suất phát nhiệt tăng bất thần, hủy hoại thành phần sau vài chu kỳ luân hồi đóng cắt. Mặt khác khi khóa IGBT lại trong một thời hạn rất ngắn khi dòng điện rất lớn dấn đến vận tốc tăng dòng quá lớn, gây quá áp trên collector, emiter, lập tức đánh thủng thành phần. Trong sự cố quá dòng, không hề liên tục tinh chỉnh và điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo quy luật như cũ, cũng không đơn thuần là ngắt xung tinh chỉnh và điều khiển để dập tắt dòng điện được .
Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sử dụng các mạch dập RC (snubber circuit), mắc song song với các phần tử. Tuy nhiên các mạch dập có thể làm tăng kích thước và giảm độ tin cậy của thiết bị. Giải pháp tối ưu được đưa ra là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT, hay còn gọi là khóa mềm (soft turn-off) khi phát hiện có sự cố dòng tăng quá mức cho phép.
- ^
Baliga B. J., 1983. Fast-switching insulated gate transistors, IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-4, p. 452-454.
- ^ A.Nakagawa et al., 1984. High voltage bipolar-mode MOSFETs with high current capability, Ext. Abst. of SSDM, p. 309 – 312 .
- ^ Josef Lutz. Halbleiter – Leistungsbauelemente. 1. Auflage. Springer Verlag, 2006, p. 45. ISBN 3-540 – 34206 – 0
Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]
Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử
