Moderni eristetty portti kaksisuuntainen transistorit (Igbts) otetaan yleisesti käyttöön jännitteenohjattuina bipolaarisena laitteena, jossa on metallioksidipuolen (MOS) kaltaisia syöttöominaisuuksia ja bipolaarisia lähtöominaisuuksia. IGBT: n käyttöönotto on antanut elektroniikkainsinööreille mahdollisuuden hyödyntää sekä Power MOS -kenttätransistorin (MOSFET) että pienimuotoisen bipolaarisen transistorin (BJT) etuja yhtenä laitteistokappaleena, joka yhdistää MOSFET- ja BJT-komponenttien toiminnallisuuden. Rakenne yhdistää MOSFET: ien yksinkertaiset porttivetoominaisuudet bipolaaristen transistorien korkeavirta- ja matalan tyydyttämisjännitteen kanssa.
Termi "eristetty portti" kuvaa MOSFET: n tuloa korkean tuloimpedanssin, koska se käyttää jännitettä porttiliittimessä ulkoisen syötön sijasta. Termi "bipolaarinen" kuvaa BJT: n lähtöaluetta, jossa virta virtaa kahden varauksen kantajan: elektronien ja reikien kautta. Tämän vuoksi se pystyy hallitsemaan valtavia virtauksia ja jännitteitä vain pienellä signaalijännitteellä. IGBT on jännitteenohjattu laite sen hybridirakenteensa vuoksi.
IGBT: n arvo tehoelektroniikassa
Power Electronics Löydä laaja käyttö IGBT: lle, etenkin pulssin leveyden modulaatiossa (PWM) servo- ja kolmivaiheisissa asemissa, jotka vaativat tarkkaa hallintaa laajalle nopeudella, jolla on vähän taustamelua. Näitä laitteita voidaan hyödyntää myös sähköpiireissä, jotka tarvitsevat usein kytkemistä, kuten keskeyttämättömät virtalähteet (UPS) ja kytketty moodin virtalähde (SMPS).IGBTParantaa tehokkuutta ja vähentää melua, mikä tekee siitä dynaamisemman esiintyjän taajuusmuuttajapiireissä autoissa ja kuorma -autoissa, samoin kuin teollisuusmoottoreissa ja kodinkoneissa, kuten ilmastointilaitteissa ja jääkaapissa.
Lisäksi IGBT: tä käytetään yleisesti myös uusiutuvien energialähteiden järjestelmissä, kuten aurinkoenergia- ja tuulivoima -invertereissä, joissa ne auttavat muuntamaan DC -voiman tehokkaasti vaihtovirtaksi käytettäväksi kodeissa ja yrityksissä. He pystyvät käsittelemään korkeajännite- ja virtaustasoja, mikä tekee niistä ihanteellisia näihin sovelluksiin. Teknologia toimii yhtä hyvin resonanssimoodin muuntimen piireissä ja induktiokeittimissä. Kaupallisesti saatavissa olevat IGBT: t ovat alhaiset kytkentä- ja johtamishäviöt.
IGBT: n yleinen käyttö
Otetaan esimerkki indusoivasta lämmityspiiristä. Induktiolämmityksessä käytetään nollajännitekytkintä tai nollavirtakytkentä kytkentähäviön minimoimiseksi. IGBT: t ovat usein suositeltavia kytkimenä täällä korkean resonanssijännitteen tai virran vuoksi. Erityisesti induktion mikroaaltouunit, induktioriisikeittimet ja muut induktiokeittolaitteet ovat kaikki mahdollisia IGBT: n käytön vuoksi. Samoin UPS -järjestelmissä IGBT: itä on saatavana sekä keskikokoisissa että suurissa kapasiteetissa (useita KVA tai suurempia kapasiteettia), jotka edistävät sekä avaruuden säästöä että suurta hyötysuhdetta.
Toinen esimerkki on jännitteen lähteen muunnin (VSC). IGBT: llä on korkea jännite- ja virran luokitukset, mikä mahdollistaa hallintatason ja joustavuuden, jota ei voida saavuttaa tyristoreilla. Niiden käyttö tukee monitermalismien DC -linjojen toteuttamista, ja nykyisten harmonisten suodattamisen vaikeus muunnin AC -puolella vähenee levittämällä PWM- ja monikerroksisten muuntimen tekniikoita. Koska VSC: ien korkeajännite DC (HVDC) on tulossa laajemmin suuremmilla jännitteillä ja virtauksilla IGBT: n säälimättömän etenemisen ansiosta, DC -linjat nousevat houkuttelevammaksi vaihtoehdoksi lyhyemmille linjoille, koska ne mahdollistavat ruudukon virtausreittien suuremman hallinnan.
IGBT: n edut BJT: n ja MOSFET: n suhteen
Johtavuuden modulaatio johtaa erittäin pieneen tilassa olevaan jännitteen pudotukseen ja korkeaan tilassa olevaan virrantiheyteen. Tämä mahdollistaa sirun koon ja hinnan alentamisen.
Syöttö MOS -portin asettelu tarjoaa alhaisen ajovirtakyvyn ja suoraviivaisen käyttöpiirin. Korkean virran ja jännitesovelluksissa tämä mahdollistaa yksinkertaisemman sääntelyn kuin virran ohjaamat laitteet.
Suuri turvallinen toiminta -alue. Verrattuna bipolaariseen transistoriin, se on paljon parempi virran suorittamisessa ja osoittautuu paremmaksi sekä eteenpäin että käänteisessä estämisominaisuudessa.
Johtopäätös
IGBT: t ovat jännitekontrolloituja bipolaarisia laitteita, joilla on MOS-kaltaiset syöttöominaisuudet ja bipolaariset lähtöominaisuudet, joita käytetään tehoelektroniikkapiirissä, kuten inverttereissä, UPS: ssä, VSC: ssä ja indusoivissa lämmityspiireissä. Kaupallisesti saatavissa olevat IGBT: t ovat alhaiset kytkentä- ja johtamishäviöt, ja ne tarjoavat monia etuja BJT: n ja MOSFET: n verrattuna, kuten pienen tilan jännitteen pudotus, korkeat valtioiden virrantiheys, matala ajoteho, yksinkertaisempi säätely, suuri turvallinen käyttöalue sekä ylivoimaiset eteenpäin ja käänteiset estokyky. Lisäksi IGBT: llä on nopea kytkentänopeus ja ne kykenevät käsittelemään suuritehoisia tasoja, mikä tekee niistä ihanteellisia käytettäväksi tehoelektroniikkasovelluksissa, kuten HVDC-lähetysjärjestelmissä.