Сучасні утеплені ворота біполярні транзистори (IGBT) зазвичай розгортаються як біполярний пристрій, що контролюється напругою, має напівпровідник метал-оксиду (MOS) вхідні характеристики та функції біполярного виходу. Впровадження IGBT дозволило інженерам електроніки отримати переваги як транзистора польового ефекту Power MOS (MOSFET), так і дрібного сигнального біполярного транзистора (BJT) як єдиного обладнання, що поєднує функціональність Power MOSFET та компонентів BJT. Структура поєднує прості характеристики воріт MOSFET з високою та низькою напругою біполярних транзисторів.
Термін "утеплена ворота" описує високий вхідний опір входу MOSFET, оскільки він використовує напругу на терміналі її затвора, а не зовнішній запас. Термін "біполярний" описує вихідну область BJT, де струм протікає через два носії заряду: електрони та отвори. Через це він здатний керувати величезними струмами та напругами лише з невеликою напругою сигналу. IGBT-це пристрій, керований напругою, завдяки його гібридній конструкції.
Значення IGBT в електроніці
Power Electronics вважає широке використання для IGBT, особливо в сервомодуляції ширини імпульсу (ШІМ) та трифазних приводах, які вимагають точного контролю над широким діапазоном швидкостей з мінімальним фоновим шумом. Ці пристрої також можуть бути використані в силових ланцюгах, які потребують частого комутації, таких як безперебійне джерело живлення (ДБЖ) та систем джерела живлення (SMPS).IgbtПідвищує ефективність і зменшує шум, що робить його більш динамічним виконавцем у інверторних схемах у автомобілях та вантажівках, а також у промислових двигунах та побутових приладах, таких як кондиціонери та холодильники.
Крім того, IGBT також зазвичай використовуються в системах відновлюваної енергетики, таких як інвертори сонячної та вітрової енергії, де вони допомагають ефективно перетворити потужність постійного струму в потужність змінного струму для використання в будинках та підприємствах. Вони можуть обробляти рівні високої напруги та поточного, що робить їх ідеальними для цих застосувань. Технологія працює так само добре в схемах перетворювача резонансного режиму та індукційних плитах. Комерційно доступні IGBT мають низькі втрати комутації та провідності.
Поширене використання IGBT
Давайте візьмемо приклад індупуючого нагрівального ланцюга. Перемикання нульової напруги або перемикання нульового струму використовується при індукційному нагріванні, щоб мінімізувати втрату комутації. IGBT часто віддають перевагу як перемикач тут через високу резонансну напругу або струм. Зокрема, індукційні мікрохвильові печі, індукційні плиті для рису та інші індукційні прилади для приготування їжі можливі через використання IGBT. Аналогічно, в системах UPS IGBTS доступні як у середній, так і для великої ємності (декількох типів KVA або більшої ємності), які сприяють як економії простору, так і високої ефективності.
Інший приклад - перетворювач джерела напруги (VSC). IGBTS має високу напругу та струм, що дозволяє досягти рівня контролю та гнучкості, не досягнутого за допомогою тиристорів. Їх використання підтримує реалізацію багатотермінальних ліній постійного струму, а труднощі фільтрування струму гармоніків на стороні змінного струму змінюються методами застосування ШІМ та багатошарового перетворювача. Оскільки висока напруга постійного струму (HVDC), що використовує VSC, стає все більш поширеною при більш високих напругах і течіях завдяки невблаганному просуванню IGBT, лінії постійного струму постають як більш привабливу альтернативу для коротших ліній, оскільки вони дозволяють більше контролювати маршрути потоку на сітці.
Переваги IGBTS над BJT та MOSFET
Модуляція провідності призводить до надзвичайно малого падіння напруги на станції та високої щільності струму на станції. Це дозволяє знизити розмір та ціну мікросхеми.
Вхідна компонування воріт MOS забезпечує низьку потужність рушійної потужності та прямий привідний ланцюг. У додатках високого струму та напруги це дозволяє простіше регулювати, ніж пристрої, контрольовані струмом.
Велика безпечна зона експлуатації. У порівнянні з біполярним транзистором, він набагато краще проводить струм і виявляється вищим як у можливостях вперед, так і в зворотному блоці.
Висновок
IGBT-це біполярні пристрої, керовані напругою, з MOS-подібними вхідними характеристиками та біполярними функціями виходу, що використовуються в силових електронічних схемах, таких як інвертори, ДБЖ, VSC та індукція нагрівальних ланцюгів. Комерційно доступні IGBT мають низькі втрати перемикання та провідності та пропонують багато переваг перед BJT та MOSFET, таких як невелике падіння напруги на державному стані, висока щільність струму на станції, низька потужність водіння, простіше регулювання, велика безпечна операційна зона та чудові можливості вперед та зворотне блокування. Крім того, IGBTS має швидку швидкість перемикання і здатні обробляти високі рівні потужності, що робить їх ідеальними для використання в додатках електроніки, таких як системи передачі HVDC.