Moderne geïsoleerde poort bipolaire transistoren (Igbts) worden vaak geïmplementeerd als spanningsgeregeld bipolair apparaat met metaal-oxide halfgeleider (MOS) -achtige invoerkenmerken en bipolaire uitvoerfuncties. De introductie van de IGBT heeft elektronica-ingenieurs in staat gesteld om de voordelen van zowel de Power MOS-veldeffecttransistor (MOSFET) als de Bipolar Transistor (BJT) van kleine signalen te oogsten als een enkel stuk hardware dat de functionaliteit van stroom MOSFET en BJT-componenten combineert. De structuur combineert de eenvoudige gate-drive-eigenschappen van MOSFET's met het hoogstroom- en laagverzadigingspanningsvermogen van bipolaire transistoren.
De term "geïsoleerde poort" beschrijft de hoge ingangsimpedantie van de input van de MOSFET, omdat deze de spanning gebruikt bij de poortsterminal in plaats van een externe voeding. De term "bipolair" beschrijft het uitgangsgebied van de BJT, waarbij de stroom stroomt via twee ladingsdragers: elektronen en gaten. Daarom is het in staat om enorme stromen en spanningen te beheren met slechts een kleine signaalspanning. De IGBT is een spanningsgestuurd apparaat vanwege de hybride constructie.
De waarde van IGBT's in stroomelektronica
Power Electronics vindt wijdverbreid gebruik voor IGBT's, met name in pulsbreedtemodulatie (PWM) -servo en driefasige aandrijvingen die een nauwkeurige controle vragen over een breed scala aan snelheden met minimale achtergrondruis. Deze apparaten kunnen ook worden gebruikt in stroomcircuits die frequent schakelen nodig hebben, zoals uninterruptibele voeding (UPS) en Switched-Mode Power Supply (SMPS) -systemen.IGBTVerhoogt de efficiëntie en vermindert het geluid, waardoor het een meer dynamische uitvoerder is in omvormercircuits in auto's en vrachtwagens, evenals in industriële motoren en huishoudelijke apparaten zoals airconditioners en koelkasten.
Bovendien worden IGBT's ook vaak gebruikt in hernieuwbare energiesystemen zoals zonne- en windenergie -omvormers, waar ze helpen om DC -kracht efficiënt om te zetten in AC -kracht voor gebruik in huizen en bedrijven. Ze kunnen de hoge spanning en stroomniveaus aan, waardoor ze ideaal zijn voor deze toepassingen. De technologie werkt net zo goed in resonantiemodusconvertercircuits en inductiekokers. In de handel verkrijgbare IGBT's hebben lage schakel- en geleidingsverliezen.
Gemeenschappelijk gebruik van IGBT's
Laten we een voorbeeld nemen van een inducerend verwarmingscircuit. Nulspanningsschakeling of nulstroomschakeling wordt gebruikt bij inductieverwarming om het schakelverlies te minimaliseren. IGBT's hebben hier vaak de voorkeur als een schakelaar vanwege een hoge resonantiespanning of stroom. In het bijzonder zijn inductiemicrogolfovens, inductierijstkokers en andere inductiekookapparatuur allemaal mogelijk vanwege het gebruik van IGBT's. Evenzo zijn IGBT's in UPS -systemen beschikbaar in zowel middelgrote als grote capaciteit (verschillende KVA of grotere capaciteit), die bijdragen aan zowel ruimtebesparing als hoge efficiëntie.
Een ander voorbeeld is een spanningsbronconverter (VSC). IGBT's hebben een hoge spanning en stroombeoordelingen, wat een niveau van controle en flexibiliteit mogelijk maakt die niet haalbaar is met thyristors. Hun gebruik ondersteunt de implementatie van multiterminale DC -lijnen en de moeilijkheid om de huidige harmonischen aan de AC -zijde van de converter te filteren, wordt verminderd door de toepassing van PWM- en meerlagige convertertechnieken. Aangezien hoogspanning DC (HVDC) met behulp van VSCS -gebruiker wordt op hogere spanningen en stromen dankzij de niet -aflatende vooruitgang van de IGBT, komen DC -lijnen op als een aantrekkelijker alternatief voor kortere lijnen, omdat ze een grotere controle van stroomroutes op het grid mogelijk maken.
Voordelen van IGBT's boven BJT en MOSFET
De geleidbaarheidsmodulatie resulteert in een extreem kleine op-state spanningsval en een hoge stroomdichtheid op de staat. Dit zorgt voor een verlaging van de chipgrootte en prijs.
Input MOS -poortlay -out biedt een lage rijvermogen en een eenvoudig aandrijfcircuit. In hoge stroom- en spanningstoepassingen zorgt dit voor eenvoudiger voorschriften dan stroomgestuurde apparaten.
Grote veilige werkruimte. In vergelijking met de bipolaire transistor, is het veel beter in het uitvoeren van stroom en is het superieur in zowel voorwaartse als omgekeerde blokkeermogelijkheden.
Conclusie
IGBT's zijn spanningsgestuurde bipolaire apparaten met MOS-achtige invoerkenmerken en bipolaire uitgangsfuncties, gebruikt in stroomelektronica-circuits zoals omvormers, UPS, VSC's en inducerende verwarmingscircuits. In de handel verkrijgbare IGBT's hebben lage schakel- en geleidingsverliezen en bieden vele voordelen ten opzichte van BJT en MOSFET, zoals kleine op-staten spanningsdaling, hoog-state stroomdichtheid, laag rijstroom, eenvoudiger regelgeving, een groot veilig werkgebied en superieure voorwaartse en omgekeerde blokkeermogelijkheden. Bovendien hebben IGBT's een snelle schakelsnelheid en zijn ze in staat om hoge vermogensniveaus te verwerken, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in stroomelektronica-toepassingen zoals HVDC-transmissiesystemen.