iGBTเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด หลักการทํางานของIGBTไม่ซ้ํากันและมาพร้อมกับแอพพลิเคชันเชิงพาณิชย์จํานวนมากเช่นไดรฟ์มอเตอร์AC/DC,การควบคุมมอเตอร์ลาก,UPS (แหล่งจ่ายไฟที่ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้า),อินเวอร์เตอร์และอื่นๆ
อย่างไรก็ตามเราไม่ควรมองโลกในแง่ดีเกินไป คุณจําเป็นต้องเข้าใจว่าIGBTทํางานได้อย่างเต็มที่ มาเริ่มกันเลย
iGBT คืออะไรกันแน่?
iGBTหมายถึงทรานซิสเตอร์สองขั้วฉนวน นี่คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์3ปลายที่ให้ความสามารถในการสลับได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง
เพื่อให้เข้าใจถึงIGBTได้ดียิ่งขึ้นคุณควรเข้าใจทรานซิสเตอร์ที่แตกต่างกันในแง่ของฟังก์ชัน
ทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีสองหน้าที่หลัก มันทําหน้าที่เป็นสวิตช์ที่ควบคุมวงจรแสงสว่างและสามารถขยายสัญญาณได้
มีทรานซิสเตอร์ประเภทต่างๆขึ้นอยู่กับการใช้งานอื่นๆหรือการบังคับใช้เฉพาะ ทรานซิสเตอร์ที่ใช้โดยทั่วไปคือทรานซิสเตอร์BJT ( bipolar transistor ),MOSFETsและIGBT
BJTและMOSFETsมีข้อดีและข้อได้เปรียบของตัวเอง แม้ว่าBJTจะชอบการลดลงของความดันต่ําMOSFETsเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดเนื่องจากความต้านทานI/pสูงการสูญเสียการสลับต่ําและไม่มีการเจาะรอง
IGBTรวมข้อดีของทรานซิสเตอร์ทั้งสองแบบBJTและMOSFET
ดังนั้นIGBTเป็นอุปกรณ์สามขาที่ใช้เป็นอุปกรณ์สวิทช์ซึ่งสามารถใช้เพื่อขยายสัญญาณได้ iGBTให้การแลกเปลี่ยนอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ
สัญลักษณ์ igbt
เนื่องจากIGBTรวมBJTและMOSFETสัญลักษณ์ของมันเป็นไปตามหลักการเดียวกันต่อไปนี้
สัญลักษณ์ igbt
สัญลักษณ์นี้ยังมีขั้วต่อสามขั้ว-ตัวเก็บประจุขั้วและขั้ว อินพุตแสดงถึงMOSFETในขณะที่สัญลักษณ์ของเอาต์พุตมาจากสัญลักษณ์BJT
ตามที่คาดไว้ขั้วไฟฟ้าเป็นตัวเก็บประจุและตัวส่งสัญญาณ ประตูคือเทอร์มินัลควบคุม
โครงสร้างของ igbt
ขั้วทั้งสามขั้วของIGBT ( collector, emitterและ gate )ติดอยู่กับชั้นโลหะ อย่างไรก็ตามวัสดุโลหะที่ขั้วของไททาเนียมมีฉนวนกันความร้อนของชั้นซิลิกา
ภายในโครงสร้างIGBTเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สี่ชั้น อุปกรณ์สี่ชั้นนี้ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์PNPและNPNซึ่งเป็นรูปแบบการจัดเรียงPNPN
โครงสร้างของ igbt
ที่มา : ส่วนประกอบ 101
ชั้นที่ใกล้เคียงกับพื้นที่เก็บประจุไฟฟ้าคือพื้นผิว( p + )นั่นคือพื้นที่ฉีด ขวาบนเป็นพื้นที่ลอย n รวมถึงชั้น n.
ส่วนใหญ่ของผู้ให้บริการ(กระแสหลุม)จาก( p + )จะถูกฉีดเข้าไปในชั้นnโดยการฉีดพื้นที่ที่ใช้งานอยู่
ความหนาของพื้นที่ลอยตัวกําหนดความสามารถในการปิดกั้นแรงดันไฟฟ้าของIGBT
ด้านบนของพื้นที่ลอยคือพื้นที่ของร่างกายซึ่งประกอบด้วยพื้นผิว( p ) มันอยู่ใกล้กับเครื่องส่งสัญญาณ ในพื้นที่หลักมีชั้น( n + )
โปรดทราบว่าข้อต่อระหว่างพื้นที่เก็บประจุ(หรือพื้นที่ฉีด)และพื้นที่ลอยตัวคือj 2 ในทํานองเดียวกันปมระหว่างพื้นที่nและพื้นที่ร่างกายเป็นปมj 1
หมายเหตุ:สําหรับประตู” MOS “โครงสร้างของIGBTจะคล้ายกับทรานซิสเตอร์ในโทโพโลยี อย่างไรก็ตามการกระทําและการทํางานของทรานซิสเตอร์สามารถยับยั้งได้ซึ่งหมายความว่าการกระทําของทรานซิสเตอร์จะได้รับอนุญาตตลอดช่วงการทํางานของอุปกรณ์ทั้งหมดของIGBTs
IGBTดีกว่าthyristorเนื่องจากสามารถเปลี่ยนthyristorได้อย่างรวดเร็วเพื่อรอมากกว่าศูนย์
igbt ทํางานอย่างไร?
IGBTทํางานโดยการเปิดหรือปิดโดยการเปิดหรือปิดขั้วที่เหลือ
หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าบวกผ่านประตูขั้วส่งสัญญาณจะยังคงเปิดวงจรไดรฟ์ ในทางกลับกันถ้าขั้วเฟรมของIGBTเป็นแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์หรือลบเล็กน้อยจะปิดการใช้งานวงจร
เนื่องจากอุปกรณ์สองขั้วแบบฉนวนกันความร้อนสามารถใช้เป็นทั้งBJTและMOSFETจึงสามารถบรรลุอัตราส่วนของสัญญาณเอาท์พุทและสัญญาณอินพุตควบคุมได้
สําหรับBJTแบบดั้งเดิมการรับจะเท่ากับอัตราส่วนของกระแสขาออกและกระแสขาเข้า เราเรียกมันว่า เบต้า เรียกมันว่า เบต้า.
ในทางตรงกันข้ามสําหรับMOSFETไม่มีกระแสอินพุตเนื่องจากขั้วต่อกรวยถูกแยกออกจากช่องหลักที่ถือกระแสไฟฟ้า เราพิจารณาการเพิ่มขึ้นของIGBTsโดยการหารการเปลี่ยนแปลงกระแสขาออกด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ทําให้IGBTเป็นอุปกรณ์ข้ามตัวนํา
igbt ทํางานเป็นวงจร
ให้เราอธิบายเรื่องนี้ด้วยภาพต่อไปนี้ซึ่งอธิบายถึงขอบเขตการทํางานของอุปกรณ์ทั้งหมดของIGBT
igbt ทํางานเป็นวงจร
IGBTทํางานเฉพาะเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าบนขั้วเฟรมเฟรมเท่านั้น นี่คือแรงดันไฟฟ้าของประตูดีมาก. .
ดังที่แสดงเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าเกต(ดีมาก) , ประตูปัจจุบัน (ig (invictus gaming) ชมรม e-sports) เพิ่ม. จากนั้นจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของประตู-ขั้ว(vge) .
ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของขั้วส่งสัญญาณจะเพิ่มกระแสของตัวเก็บประจุ(อินทิเกรตดังนั้นกระแสเก็บประจุ(อินทิเกรตลดแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ(ช่องคลอดช่องคลอดปากมดลูกและเยื่อบุโพรงมดลูก) .
หมายเหตุ: IGBTมีลักษณะการลดแรงดันไฟฟ้าคล้ายกับไดโอดโดยทั่วไปประมาณ2โวลต์เพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มลอการิทึมในปัจจุบันเท่านั้น
IGBTใช้ไดโอดต่อเนื่องเพื่อนํากระแสไฟย้อนกลับ ไดโอดต่อเนื่องเชื่อมต่อระหว่างตัวเก็บประจุ-ขั้วส่งสัญญาณของอุปกรณ์
silicon igbt ไดโอด
ที่มา: การตีพิมพ์วิจัย
ไดโอดในตัวเป็นข้อกําหนดสําหรับIGBTsเนื่องจากไม่มีไดโอดในตัวอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กําลังไฟฟ้าอาจทําให้สวิตช์ไฟไม่ทํางาน เนื่องจากสวิทช์ถูกปิดเมื่อใดก็ตามที่ไม่มีเส้นทางที่เหมาะสมกระแสโหลดที่รับรู้จะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูง
igbt และโมดูลไปข้างหน้า
ที่มา:ประตูสู่การวิจัย
เมื่อไหร่ก็ตามที่ทรานซิสเตอร์สองขั้วฉนวนถูกปิดลงผู้ให้บริการจํานวนน้อยจากโซนnจะไหลออกไปยังวงจรภายนอก หลังจากการขยายตัวของชั้นที่หมดลง(แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ-ตัวส่งสัญญาณเพิ่มขึ้น)ผู้ให้บริการจํานวนน้อยจะนําไปสู่การปรับโครงสร้างภายในของกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นกระแสหาง
ประเภท igbt
ในฐานะอุปกรณ์สี่ชั้นIGBTsสามารถจําแนกได้ตามการดํารงอยู่ของเลเยอร์บัฟเฟอร์( n + ) ทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบฉนวนกันความร้อนที่มีชั้นบัฟเฟอร์( n + )คือการผ่านIGBT (หรือPT-IGBT )
ในทํานองเดียวกันIGBTที่ไม่มีชั้นบัฟเฟอร์( n + )ไม่ผ่านIGBT (หรือNPT-IGBTสั้นๆ) นี่คือตารางความแตกต่างของพวกเขา
ทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบฉนวนกันความร้อนสามารถจําแนกประเภทได้ตามลักษณะของตน แนวคิดการออกแบบอุปกรณ์PT-IGBTและNPT-IGBTสามารถสมมาตรหรือไม่สมมาตร
IGBTsสมมาตรมีแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันทั้งด้านหน้าและด้านหลัง ในเวลาเดียวกันแรงดันไฟฟ้าเจาะด้านหน้าของทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบไม่สมมาตรมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าเจาะย้อนกลับ
ซึ่งหมายความว่าIGBTสมมาตรใช้กับวงจรAC ในทางกลับกันIGBTอสมมาตรเหมาะสําหรับวงจรDCเนื่องจากไม่จําเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าย้อนกลับใดๆ
แบบ igbt
วงจรที่ใช้หลักการทํางานของIGBTมักใช้การจําลองวงจรเช่นSaberและSPICE
ตัวจําลองสามารถจําลองIGBT (และอุปกรณ์อื่นๆที่เกิดขึ้นจริง)เพื่อให้การคาดการณ์ที่ดีที่สุดเกี่ยวกับกระแสและแรงดันไฟฟ้าบนขั้วไฟฟ้า
เพื่อให้การคาดการณ์ที่แม่นยํามากขึ้นการจําลองรวมถึงความร้อนและอุณหภูมิ วิธีการสร้างแบบจําลองที่ใช้บ่อยที่สุดของแนวคิดการออกแบบอุปกรณ์IGBTคือ:
แบบจําลองทางกายภาพ
รูปแบบแมโคร
ตัวจําลองSPICEใช้วิธีการแบบแมโครซึ่งใช้การกําหนดค่าDarlingtonเพื่อรวมส่วนประกอบต่างๆเช่นMOSFETsและBJTเข้าด้วยกัน
หลักการทํางานของIGBT -คุณสมบัติทางไฟฟ้า
เนื่องจากIGBTพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าในการทํางานอุปกรณ์เหล่านี้จําเป็นต้องให้แรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยบนขั้วลูกกลิ้งเพื่อรักษาการเปิดใช้งาน
คุณสมบัติทางไฟฟ้า
ตรงกันข้ามกับทรานซิสเตอร์พลังงานสองขั้วทรานซิสเตอร์พลังงานสองขั้วจําเป็นต้องมีการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในบริเวณฐานเพื่อให้อิ่มตัว
ในเวลาเดียวกันIGBTเป็นอุปกรณ์แบบทิศทางเดียวซึ่งหมายความว่ามีเพียงสวิตช์”ไปข้างหน้า” (จากตัวเก็บประจุไปยังขั้วส่งสัญญาณ)เท่านั้น
ตรงกันข้ามกับMOSFETsที่มีกระบวนการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าแบบสองทิศทาง ในอุปกรณ์ที่เกิดขึ้นจริงMOSFETsสามารถควบคุมได้และไม่สามารถควบคุมได้
โปรดทราบว่าในสภาวะแบบไดนามิกIGBTอาจมีกระแสสลักเมื่อปิดอุปกรณ์ นี่คือกระแสสลักเมื่อกระแสไดรฟ์ของสถานะการเปิดอย่างต่อเนื่องดูเหมือนจะเกินขีดจํากัด
นอกจากนี้เมื่อแรงดันไฟฟ้าของขั้วส่งต่ํากว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์จะมีกระแสรั่วไหลผ่านอุปกรณ์เล็กน้อย ณจุดนี้แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ-เครื่องส่งสัญญาณเกือบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ ดังนั้นอุปกรณ์สี่ชั้นIGBTทํางานในพื้นที่ตัด
หลักการทํางานของIGBT -การประยุกต์ใช้IGBT
iGBT สามารถใช้สําหรับเครื่องขยายสัญญาณขนาดเล็ก เช่นเดียวกับ MOSFETs และ bjt. อย่างไรก็ตามIGBTใช้ประโยชน์จากข้อดีของทั้งสองและดังนั้นจึงมีการสูญเสียการนําต่ําและความเร็วในการสลับสูง
IGBTใช้สําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยที่สุดเช่นระบบสเตอริโอรถไฟสะพานไดรฟ์ความเร็วตัวแปรยานพาหนะไฟฟ้าเครื่องปรับอากาศและอื่นๆ
ความสัมพันธ์ระหว่าง igbt และ mosfet
ทรานซิสเตอร์สองขั้วฉนวนเหมาะสําหรับแรงดันไฟฟ้าสูงความถี่สลับต่ําการกําหนดค่ากระแสไฟฟ้าสูง ในทางตรงกันข้ามMOSFETsเหมาะสําหรับแรงดันไฟฟ้าต่ําความถี่สลับสูงและกระแสปานกลาง
ความสัมพันธ์ระหว่าง igbt และ mosfet
ที่มา:ประตูสู่การวิจัย
เนื่องจากความสูญเสียของสวิตช์สูงIGBTสามารถใช้กับอุปกรณ์จริงที่มีความถี่ในการเปลี่ยนต่ํากว่า20 kHz
สรุป
เราหวังว่าคุณจะเข้าใจว่าIGBTคืออะไรและแตกต่างจากMOSFETsและBJTอย่างไร คุณมีคําถามหรือกังวลเกี่ยวกับ igbt หรือไม่? ติดต่อเราได้ตลอดเวลา!
