Igbt модуль что это

Новые IGBT-модули фирмы Hitachi

igbt модуль что это

Ешио Накано

Новые IGBT-модули фирмы Hitachi

    Четвертое поколение IGBT-модулей фирмы Hitachi на базе планарной технологии с самосовмещением позволяет уменьшить прямые потери, улучшить шумовые характеристики, обеспечить более эффективный теплоотвод, а значит повысить долговечность изделия и его термическую прочность.

    Как известно, IGBT характеризуются высокой скоростью переключения, возможностью управления напряжением, подобно полевым транзисторам, и, в то же время, низким уровнем напряжения насыщения и способностью управлять большой мощностью, характерной для биполярных транзисторов. Тем не менее, производители этих изделий непрерывно работают над улучшением их основных параметров.

В настоящей статье представлены основные результаты, достигнутые фирмой Hitachi в четвертом поколении IGBT-модулей с улучшенными характеристиками, которые включают:

  • пониженное напряжение Vge(sat), снижающее прямые потери;
  • улучшенные шумовые характеристики пониженный уровень шумов коммутации и повышенная скорость переключения;
  • низкое тепловое сопротивление, обеспечивающее более эффективный теплоотвод;
  • передовые инженерные решения, повышающие долговечность изделия и его термическую прочность.

    Однако, прежде, чем рассмотреть характеристики IGBT-модулей четвертого поколения, рассмотрим технологию «затвора с изолирующими канавками» (trench gate), которая обеспечивает низкий уровень напряжения насыщения за счет повышения плотности каналов в кристалле и использует вертикальную структуру затвора вместо традиционной горизонтальной.

    Уменьшение размера кристалла, обычно используемое в канальных IGBT-модулях, частично компенсирует влияние стоимости более сложного технологического процесса производства и обычно более низкого процента выхода готовых изделий.

    Однако, уменьшение размеров кристалла увеличивает полное тепловое сопротивление Rqjc. Входная емкость (Cjes) канальной MOS-структуры приблизительно вдвое меньше, чем у аналогичных изделий третьего поколения IGBT-модулей. Это требует разработки новой схемы управления затвором, которая не совместима с существующими.

    Кроме того, канальная технология в значительной степени увеличивает ток короткого замыкания и требует дополнительной схемы «защиты от защелкивания» (NLU), которая включается в модуль и соответственно повышает его стоимость.

    В четвертом поколении IGBT-модулей используется передовая планарная технология, что позволяет избирательно получать лучшие характеристики n-слоя с самосовмещающейся ячеистой структурой.

Самосовмещающаяся структура используется уже достаточно давно, поскольку границы раздела, являющиеся к тому же изоляторами в MOS-каналах, выступают одновременно в качестве источника диффузии для формирования n-слоя, выравнивающегося самостоятельно, поскольку при обычной технологии структура требует применения выравнивающей маски.

Рис. 1. Структура ячейки IGBT-модулей

    Рис. 1 показывает структуру ячейки IGBT-модуля для обычной планарной технологии (III поколение), планарной технологии с самосовмещением (IV поколение) и технологии затвора с изолирующими канавками.

Рис. 2. Сравнительное снижение напряжения насыщения IGBT

    На рис. 2 показаны четыре различных уровня напряжения насыщения для обычной планарной технологии (III поколение), новой планарной технологии с самосовмещением (IV поколение) и технологии затвора с изолирующими канавками.

    Падение напряжения в n-слое является доминирующим, особенно для IGBT-модулей с номиналом выше, чем 1200 В.

    Смещение проводимости в область n-слоя, очевидно, более эффективно, нежели формирование MOS-каналов, поскольку это уменьшает напряжение насыщения и не требует использования более сложной технологии затвора с изолирующими канавками.

    Новая модифицированная планарная технология требует оптимизации локального управления временем жизни носителей в области p-n-перехода, не создавая при этом негативных эффектов в n-слое.

Такая оптимизация решает задачу управления временем жизни носителей и в n-слое в целом, который имеет тенденцию к увеличению напряжения насыщения вследствие эмиссионных эффектов.

Таким образом, в IGBT IV поколения планарный конструктив кристалла, дополненный локальным средством управления временем жизни носителей, позволяет уменьшить напряжение насыщения Vсе(sat) и потери переключения.
Для IGBT-модулей на напряжение 1200 В значение Vct(sat) удалось уменьшить с 2,2 до 0,5 В и снизить потери переключения на 25%.

Рис. 3. Выходные характеристики IGBT-модуля IV поколения

    Рис. 3 иллюстрирует выходные характеристики IV поколения IGBT-модулей, а на рис. 4 сравниваются уровни напряжения насыщения для планарных из-делий III и IV поколений.

Рис. 4. Сравнительные характеристики напряжения насыщения для IGBT (1200 В) III и IV поколений

    Также, одновременно с улучшением характеристик IGBT, улучшена работоспособность рекуперативного диода в самом модуле. В общих чертах, улучшение показателей IGBT-модулей привело к более быстрому включению, приводящему к уменьшению потерь переключения.

Тем не менее, рост отношения di/dt в модуле ведет к более крутому росту di/dt рекуперативного диода, что увеличивает уровень шума. Следовательно, параметры диода также должны быть улучшены аналогично параметрам самого модуля и скорость переключения повышена.

Мягкое восстановление, поддерживая быстро переключение, обусловливает низкий уровень шумов IGBT.

    Быстрые самовосстанавливающиеся диоды (SFD), разработанные для III поколения IGBT-модулей, скомбинированы с глубоким планарным и поверхностным p-n-переходом. Глубокий планарный переход обеспечивает низкий уровень обратного напряжения (Vf), а поверхностный переход содействует более плавному и быстрому восстановлению, которое снижает влияние тока выключения.

    Ультрабыстрые самовосстанавливающиеся диоды, (USFD) разработанные для IV поколения IGBT-модулей, оптимизируют толщину и проводимость n-слоя. Это обеспечивает более плавный и медленный ток основных носителей через n-слой.

Рис. 5. Характеристики переключения для III и IV поколения IGBT

    На рис. 5 показаны сравнительные кривые характеристик переключения для III и IV поколений IGBT-модулей.

    Для увеличения количества рабочих циклов и долговечности, в IV поколении IGBT-модулей используется изолятор на основе нитрида алюминия и новый тип оптимизированной структуры алюминиевой металлизации кремниевой поверхности электродов.

    При этом увеличение площади проводящих соединений увеличивает силу адгезии проводников выходных электродов. В результате, IV поколение IGBT-модулей обеспечивает вдвое большее количество рабочих циклов, нежели изделия III поколения (рис. 6).

Характеристики инвертора

    Измерение потерь мощности производилось на устройстве управления двигателем переменного тока. Результаты приведены на рис. 7.

Рис. 7. Сравнительные потери инвертора на IGBT (1200 В, 100 А) III и IV поколений

    По сравнению с III поколением, IGBT-модули IV поколения уменьшают общие потери мощности в инверторе на 12%.

Таблица. Семейство IGBT-модулей фирмы HITACHI

HITACHI IV поколение «GR серия»
Ic Vce
одинарный двойной
1,700 В 1,200 В 1,200 В 600 В
100 A MBM100GR12
150 A MBM150GR12 MBM1500GR6
200 A MBM200GR12 MBM200GR6
300 A MBM300GR12 MBM300GR6
400 A MBN400GR12 MBM400GR6
600 A MBN600GR12
800 A MBN800GR17 MBN800GR12
1200 A MBN1200GR17 MBN1200GR12
«GS серия»
Ic Vce
одинарный двойной six-pack
1,200 B 1,200 B 600 B 1,200 B 600 B
75 A MBM75GS12AW MBB75GS12AW
100 A MBM100GS12AW MBB100GS12AW
150 A MBM150GS12AW MBM150GS6AW
200 A MBM200GS12AWMBM200JS12AWMBM200JS12EW MBM200GS6W MBB200GS6AW
300 A MBN300GS12AW MBM300GS12AW MBM300GS6AW
400 A MBN400GS12AWMBN400GS12BW MBM400GS6AWMBM400JS6AW
600 A MBN600GS12AW MBM600GS6AW
1200 A MBN1200GR12AW
«Higt Power type»
Ic Vce
одинарный chopper
3,300 B 2,500 B 2,000 B 1,700 B 3,300 B
400 A MBN400C33A MBN400C20
600 A MBN600C33A MBN600C20
800 A MBL800D33B
1200 A MBN1200D33A MBN1200D25B
1800 A MBN1800D17C*

    *) В стадии разработки. Для более полной информации связываться с представительством.

    Без существенного ухудшения теплового сопротивления, IGBT-модули IV поколения уменьшают потери мощности в статическом режиме и режиме переключения, обеспечивая уровень потерь мощности, получаемый при использовании технологии затвора с изолирующими канавками.

    В результате, температура частей модулей IV поколения меньше, чем тех же самых частей IGBT-модулей, выполненных по технологии затвора с изолирующими канавками, что является следствием более низкого значения полного теплового сопротивления.Это также увеличивает время эксплуатации модулей IV поколения. Кроме того, это поколение модулей дает возможность увеличивать уровень коммутируемой мощности (1700 В и 1200 A), что является идеальным решением для мощных инверторов.

    Итак, технология затвора с изолирующими канавками обладает неоспоримыми преимуществами, обеспечивая более низкое значение напряжения насыщения, что особенно важно для низковольтных IGBT-модулей.

Представительство фирмы «Hitachi» в МосквеТел. (095) 784-4020 Поставки продукции фирмы «Hitachi», в том числе и образцов,производит фирма «Макро Тим» (Москва)Тел. (095) 306 0026, 306-4721, 306-4789 Факс (095) 306-0283

E-mail: sales@sei-macro.msk.ru

http://www.sei-macro.msk.ru

Александр пишетСкажите, пожалуйста, насколько лучше использовать igbt модули hitachi? Хочу здесь купить протон электротекс. Стоит ли заморочиться и искать hitachi?19/05/2016 08:42:44
KevinFum пишетЗдравствуйте Вас интересуют клиентские базы данных? Ответ на Email:denisrodykes@gmail.com

Источник: http://www.chipinfo.ru/literature/chipnews/200001/21.html

MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

igbt модуль что это

Когда дело доходит до импульсных преобразователей, оба типа транзисторов имеют свои преимущества и недостатки. Но какой из них лучше для данного устройства? В этой статье сравним MOSFET с модулями IGBT чтобы понять, что и где лучше ставить. 

Предполагается что в схемах с низким напряжением, низким током, но высокой частотой переключения, предпочтительно использовать полевые транзисторы (MOSFET), а в схемах с высоким напряжением, высоким током, но с низкой частотой — лучше IGBT.

Но достаточно ли такой общей классификации? У каждого есть свои дополнительные предпочтения в этом отношении и правда в том, что не существует общего, жесткого стандарта, который позволял бы оценивать параметры данного элемента с точки зрения его использования в импульсных преобразователях.

Все зависит от конкретного применения и широкого спектра факторов, таких как частота переключения, размер, стоимость и т. д. Поэтому, вместо того чтобы пытаться решить какой элемент лучше, нужно внимательно изучить различия между этими деталями. 

Кратко о MOSFET

MOSFET — это управляемый переключатель с тремя контактами (затвор, сток и исток). Сигнал затвора (управления) подается между затвором и истоком, а контактами переключения являются сток и исток. Сам затвор выполнен из металла и отделен от истока оксидом металла в качестве диэлектрика. Это позволяет снизить энергопотребление и делает этот транзистор отличным выбором для использования в качестве электронного переключателя или усилителя в схеме с общим истоком. 

Для правильной работы МОП-транзисторы должны поддерживать положительный температурный коэффициент. Потери во включенном состоянии малы и теоретически сопротивление транзистора в этом состоянии не ограничено — может быть близко к нулю. Кроме того, поскольку МОП-транзисторы могут работать на высоких частотах, они могут работать в устройствах с быстрым переключением и с низкими потерями на переключение.

Существует много различных типов МОП-транзисторов, но наиболее сопоставимыми с IGBT являются мощные MOSFET. Они специально разработаны для работы со значительными уровнями мощности и используются чаще всего только во включенном или выключенном состояниях, что делает их наиболее используемым ключом для низковольтных схем.

По сравнению с IGBT, мощные полевые МОП-транзисторы имеют преимущества — более высокую скорость коммутации и более высокую эффективность при работе при низких напряжениях. Более того, такая схема может выдерживать высокое напряжение блокировки и поддерживать высокий ток. Это связано с тем что большинство мощных МОП-структур являются вертикальными (а не плоскими).

Номинальное напряжение является прямой функцией легирования и толщины эпитаксиального слоя с примесью N-типа, а ток зависит от ширины канала (чем шире канал, тем выше ток).

Кратко о IGBT

Модуль IGBT также является полностью управляемым коммутатором с тремя контактами (затвор, коллектор и эмиттер). Его управляющий сигнал подается между затвором и эмиттером и нагрузкой между коллектором и эмиттером. 

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором, как в транзисторе MOSFET, с сильноточным характером биполярного транзистора с низким напряжением насыщения. Это достигается с помощью изолированного полевого транзистора для управляющего входа и биполярного силового транзистора в качестве сильноточного ключа. 

Модуль IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. Фактически частота повторения импульсов достигает УЗ диапазона. Эта уникальная способность делает IGBT часто используемыми в усилителях класса D для синтеза сложных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот.

Они также используются для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, а также играют важную роль в современных устройствах — электромобили, электровелосипеды, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения компрессора, кондиционеры и многое другое.

 

Сравнение IGBT с MOSFET

Структуры обоих транзисторов очень похожи друг на друга. Что касается протекания тока, важным отличием является добавление слоя подложки P-типа под слой подложки N-типа в структуре модуля IGBT. В этом дополнительном слое дырки вводятся в слой с высоким сопротивлением N-типа, создавая избыток носителей.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Лазер что это такое

Это увеличение проводимости в N-слое помогает уменьшить общее напряжение во включенном состоянии в IGBT-модуле. К сожалению, это также блокирует поток электроэнергии в обратном направлении.

Поэтому в схему добавлен специальный диод, который расположен параллельно с IGBT чтобы проводить ток в противоположном направлении. 

MOSFET может переключаться на более высоких частотах, однако есть два ограничения: время переноса электронов в области дрейфа и время, необходимое для зарядки / разрядки входного затвора и его емкости. Тем не менее эти транзисторы, как правило, достигают более высокой частоты переключения, чем модули IGBT.

Подведем итог

Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы. 

МОП-транзистор: 

  • Высокая частота переключения.
  • Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера. 
  • Более низкая емкость затвора.
  • Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
  • Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.

IGBT модуль: 

  • Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
  • Лучшая устойчивость к перегрузкам.
  • Улучшенная способность распараллеливания схемы.
  • Более быстрое и плавное включение и выключение.
  • Снижение потерь при включении и при переключении.
  • Снижение входной мощности.

В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.

   Форум по теории электроники

   Обсудить статью MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

Источник: https://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/mosfet_tranzistory_protiv_igbt/5-1-0-1457

Транзистор IGBT-принцип работы, структура, основные характеристики

igbt модуль что это

Силовой транзистор IGBT управляется с помощью напряжения, подаваемого на управляемый электрод-«затвор», который изолирован от силовой цепи. Полное название прибора: биполярный транзистор с изолированным затвором.

Характерная черта для этого транзистора – очень малое значение управляющей мощности, использованной для коммутационных операций существенных токовых значений силовых цепей.

Рис. №1. Эффективность использования технологий на основе мощных IGBT-транзисторов

Преобладающее значение приобрело его использование в цепях силового предназначения для частотных преобразователей, для двигателей переменного тока, мощность, которых может доходить до 1 МВт. По своим вольтамперным характеристикам он считается аналогом биполярному транзистору, однако качественные энергетические показатели и чистота коммутационных действий намного выше, чем качество работы других полупроводниковых элементов.

Постоянно совершенствующиеся технологии позволяют улучшить качественные характеристики транзисторов. Созданы элементы, рассчитанные на большую величину напряжения, выше 3 кВ и большие значения тока до нескольких сотен ампер.

Основные характеристики мощных IGBT-транзисторов

  • Напряжение управления – это разрешенная проводимость, которая отпирает или запирает прибор.
  • Открытое проводящее состояние характеризуется падением напряжения, определяемым пороговым напряжением и внутренним сопротивлением, величина максимально допустимого тока.

Для применения в конструкции регуляторов скорости используются транзисторы, рассчитанные на рабочие частоты в пределах до нескольких десятков килогерц.

Преимущества IGBT транзисторов

  • Высокая плотность тока.
  • Практически отсутствие потерь статического и динамического типа.
  • Отсутствие управляющего тока позволяет не прибегать к использованию гальванически изолированных схем для работы и управления с применением дискретных элементов и предоставляет возможность создания интегральных схем – драйверов.
  • Стойкость к воздействию короткого замыкания.
  • Относительная простота параллельного соединения.

При разработке схем включения с транзисторами IGBT необходимо обращать внимание на ограничение значения максимального тока.

Для этой цели используются следующие методы – это: правильный выбор параметров тока защиты и подбор резистора затвора Rg, а также применение цепей, которые формируют траекторию переключения.

Структура IGBT

Закрытое состояние прибора характеризуется напряжением, приложенным к области n-, она находится между коллектором и эмиттером. Проводящий канал появляется при воздействии на затвор положительно заряженного потенциала в p-области, он обозначается как пунктирная линия. Ток из балласта идет из области n- (с минусом) в область n+. При этом происходит открытие МОП-транзистора, что делает возможным открытие биполярного транзистора с p-n-p перехода транзистора.

Рис. №2. Структура транзистора IGBT.

Эквивалентом структуре транзистора IGBT можно считать схему подключения транзистора, где n-канальный полевой транзистор выполнит роль промежуточного звена (динамического сопротивления), уменьшаемого в открытом состоянии IGBT.

Он пропускает через базовую область биполярного транзистора с p-n-p-переходом, при этом происходит уменьшение остаточного напряжения в области n-.

Опасность для схемы может представлять так называемый «паразитный биполярный транзистор», он может перейти в открытое состояние, называемое эффектом защелкивания, что влечет потерю управляемости.

Рис. №3. Схема включения транзистора IGBT эквивалентная структуре транзистора.

Применение IGBT-транзистора

Одной из важных сфер использования солового транзистора – это использование в сетях с напряжением 6,5 кВ для создания безопасной и гарантированно надежной работы электроустановок в режиме короткого замыкания.

Для ограничения токов к. з. и приближению их к величине, которая не приведет к повреждениям оборудования. Они выполняют ограничение напряжения на затворе до уровня, не превышающем U = 15,3В. Это достигается с помощью применения следующих мер:

  1. Ограничение величины напряжения на затворе с помощью привязки к фиксированному уровню напряжения. Это возможно в том случае, если драйвер затвора обладает источником стабильного напряжения. Основной способ -добавление в схему диода с малым падением напряжения, например, диод Шотки. Высокая эффективность меры достигается снижением индуктивности цепи между клеммами источника и затвора.
  2. Ограничение значения напряжения на затворе с помощью присоединения в цепь между эмиттером и затвором — стабилитрона. Эффективность метода достигается максимально приближенным монтажом диодов к вспомогательным клеммам модуля. Для этой цели должны использоваться диоды с очень маленьким температурным дрейфом и разбросом, примером могут служить диоды ограничивающие переходные напряжения (диоды типа: 1,5КЕ6,8Са и 1,5КЕ7,5СА двунаправленные).
  3. Включение в схему отрицательной эмиттерной обратной связи. Этот метод возможен после подключения эмиттера драйвера затвора к основным клеммам эмиттера модуля. Эмиттерная связь обратного действия способствует эффективному ограничению напряжения на затворе.

Примеры расчета IGBT-транзистора

Выбор транзистора производится по следующим условиям, например, для преобразователей напряжения с резонансным контуром.

  • Транзистор должен переключался при значении нулевого тока.
  • Форма токовой синусоиды относительно силовых ключей должна быть аналогична к собственной частоте контура и составляет 100 кГц.
  • Амплитуда тока должна соответствовать средней мощности, например, как 40 А к 2000 Вт.
  • Определение максимального значения напряжения и максимальной частоты переключения транзисторов при условии, что плечи транзисторов должны работать в противофазе.

Для подбора драйвера IGBT транзистора руководствуются параметрами управления затвора, необходимого для коммутирования отпиранием и запиранием силового полупроводника. Для определения мощности управления нужно знать величину заряда затвора Q gate, частоту коммутации (fin) и реальный замеренный размах напряжения на выходе драйвера ΔVgate

Формула заряда затвора:

где время интегрирования должно не превышать время на управление выходных напряжений драйвера до их окончательных показателей, или при достижении выходного токового значения драйвера близкого к нулю.

Выбор максимальной величины тока управления  затвором определяется по упрощенной формуле:

Зависит от осцилляции величины тока на выходе. Если осцилляция тока управления затвором есть, то значение пикового тока должно быть очень большим, а его величина должна определяться исключительно с помощью измерения.

Не менее важны условия учета размаха выходного напряжения. Наихудший случай – это максимальное значение размаха на затворе, измеряется по реально существующей схеме.

Необходим учет максимальной рабочей температуры, руководствуются значением характерным для условия естественной конверсии без использования принудительного охлаждения.

Максимальная частота коммутации, она должна быть максимально-допустимая. На выбор оказывает влияние результирующая выходная мощность и рассеиваемая мощность резистора, используемого в цепи затвора.

Максимальный ток управления зависит от величины пикового тока, который может протекать через реальный контур управления затвором без появления осцилляций.

Проверка мощных IGBT-транзисторов

Проверка силового транзистора возникает при необходимости ревизии сгоревшего транзистора, например, при ремонте сгоревшего сварочного аппарата или с целью подбора пары для устройства, с тем, чтобы убедится, что это не «перемаркер».

Проверку осуществляем с помощью мультиметра: прозваниваем вывода коллектора и эмиттера в обоих направлениях, так мы убедимся в отсутствии короткого замыкания. Входную емкость затвор-эмиттер заряжаем отрицательным напряжением.

Осуществляется с помощью кратковременного и одновременного прикосновения щупом «СОМ» мультиметра затвора и щупом от гнезда «V/Ω/f» — эмиттера.

Рис. №4. Проверка транзистора IGBT.

Для проверки необходимо убедиться в рабочей функциональности транзистора. Заряжаем емкость на входе затвор-эмитер положительным напряжением. Это можно сделать, коротко прикоснувшись щупом мультиметра «V/Ω/f» — затвора, к щупу«СОМ» — эмиттера.

Проверяем напряжение между коллектором и змиттером, оно должно быть не больше 1,5В, меньшая величина напряжения характерна для низковольтных транзисторов.

Если напряжения мультиметра не хватает для открытия и проверки транзистора, входная емкость может заряжаться от источника постоянного напряжения со значением до 15 в.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник: https://elektronchic.ru/elektronika/tranzistor-igbt.html

Igbt модуль как проверить

В современной силовой электронике широкое распространение получили так называемые транзисторы IGBT. Данная аббревиатура заимствована из зарубежной терминологии и расшифровывается как Insulated Gate Bipolar Transistor, а на русский манер звучит как Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором. Поэтому IGBT транзисторы ещё называют БТИЗ.

БТИЗ представляет собой электронный силовой прибор, который используется в качестве мощного электронного ключа, устанавливаемого в импульсные источники питания, инверторы, а также системы управления электроприводами.

IGBT транзистор — это довольно хитроумный прибор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного транзистора. Данное сочетание привело к тому, что он унаследовал положительные качества, как полевого транзистора, так и биполярного.

Суть его работы заключается в том, что полевой транзистор управляет мощным биполярным. В результате переключение мощной нагрузки становиться возможным при малой мощности, так как управляющий сигнал поступает на затвор полевого транзистора.

Вот так выглядят современные IGBT FGH40N60SFD фирмы Fairchild. Их можно обнаружить в сварочных инверторах марки «Ресанта» и других аналогичных аппаратах.

Внутренняя структура БТИЗ – это каскадное подключение двух электронных входных ключей, которые управляют оконечным плюсом. Далее на рисунке показана упрощённая эквивалентная схема биполярного транзистора с изолированным затвором.

Упрощённая эквивалентная схема БТИЗ

Весь процесс работы БТИЗ может быть представлен двумя этапами: как только подается положительное напряжение, между затвором и истоком открывается полевой транзистор, то есть образуется n — канал между истоком и стоком. При этом начинает происходить движение зарядов из области n в область p, что влечет за собой открытие биполярного транзистора, в результате чего от эмиттера к коллектору устремляется ток.

История появления БТИЗ

Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году, а уже в 1979 году была предложена схема составного транзистора, оснащенного управляемым биполярным транзистором при помощи полевого с изолированным затвором. В ходе тестов было установлено, что при использовании биполярного транзистора в качестве ключа на основном транзисторе насыщение отсутствует, а это значительно снижает задержку в случае выключения ключа.

Несколько позже, в 1985 году был представлен БТИЗ, отличительной особенностью которого была плоская структура, диапазон рабочих напряжений стал больше. Так, при высоких напряжениях и больших токах потери в открытом состоянии очень малы. При этом устройство имеет похожие характеристики переключения и проводимости, как у биполярного транзистора, а управление осуществляется за счет напряжения.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как сделать ночник своими руками

Читать также:  Как оживить батарею шуруповерта

Первое поколение устройств имело некоторые недостатки: переключение происходило медленно, да и надежностью они не отличались. Второе поколение увидело свет в 90-х годах, а третье поколение выпускается по настоящее время: в них устранены подобнее недостатки, они имеют высокое сопротивление на входе, управляемая мощность отличается низким уровнем, а во включенном состоянии остаточное напряжение также имеет низкие показатели.

Уже сейчас в магазинах электронных компонентов доступны IGBT транзисторы, которые могут коммутировать токи в диапазоне от нескольких десятков до сотен ампер (Iкэ max), а рабочее напряжение (Uкэ max) может варьироваться от нескольких сотен до тысячи и более вольт.

Условное обозначение БТИЗ (IGBT) на принципиальных схемах

Поскольку БТИЗ имеет комбинированную структуру из полевого и биполярного транзистора, то и его выводы получили названия затвор — З (управляющий электрод), эмиттер (Э) и коллектор (К). На зарубежный манер вывод затвора обозначается буквой G, вывод эмиттера – E, а вывод коллектора – C.

Условное обозначение БТИЗ (IGBT)

На рисунке показано условное графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором. Также он может изображаться со встроенным быстродействующим диодом.

Особенности и сферы применения БТИЗ

Отличительные качества IGBT:

Управляется напряжением (как любой полевой транзистор);

Имеют низкие потери в открытом состоянии;

Могут работать при температуре более 100 0 C;

Способны работать с напряжением более 1000 Вольт и мощностями свыше 5 киловатт.

Перечисленные качества позволили применять IGBT транзисторы в инверторах, частотно-регулируемых приводах и в импульсных регуляторах тока. Кроме того, они часто применяются в источниках сварочного тока (подробнее об устройстве сварочного инвертора), в системах управления мощными электроприводами, которые устанавливаются, например, на электротранспорт: электровозы, трамваи, троллейбусы. Такое решение значительно увеличивает КПД и обеспечивает высокую плавность хода.

Кроме того, устанавливают данные устройства в источниках бесперебойного питания и в сетях с высоким напряжением. Их можно обнаружить в составе электронных схем стиральных, швейных и посудомоечных машин, инверторных кондиционеров, насосов, системах электронного зажигания автомобилей, системах электропитания серверного и телекоммуникационного оборудования. Как видим, сфера применения БТИЗ довольно велика.

IGBT-модули

IGBT-транзисторы выпускаются не только в виде отдельных компонентов, но и в виде сборок и модулей. На фото показан мощный IGBT-модуль BSM 50GB 120DN2 из частотного преобразователя (так называемого «частотника») для управления трёхфазным двигателем.

Читать также:  Расчет наплавленного металла при сварке

IGBT модуль

Схемотехника частотника такова, что технологичнее применять сборку или модуль, в котором установлено несколько IGBT-транзисторов. Так, например, в данном модуле два IGBT-транзистора (полумост).

Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных – IGBT.

Так, например, IGBT транзисторы прекрасно выполняют свои функции при рабочих частотах до 20-50 килогерц. При более высоких частотах у данного типа транзисторов увеличиваются потери. Также наиболее полно возможности IGBT транзисторов проявляются при рабочем напряжении более 300-400 вольт. Поэтому биполярные транзисторы с изолированным затвором легче всего обнаружить в высоковольтных и мощных электроприборах, промышленном оборудовании.

Hey there! Thanks for dropping by Королев Александр! Take a look around and grab the RSS feed to stay updated. See you around!

Проверка IGBT модулей (транзисторов)

Это перевод вырезки, сделанный мной, из официальной документации для IGBT модулей (или как их называют — транзисторов).

Большинство производителей IGBT модулей полностью тестируют их перед отправкой и гарантируют их соответствие утвержденным параметрическим данным. Обычно мы не рекомендуем пользователям проводить повторные тесты, так как это может повредить радиодеталь. Если Вам все же необходимо произвести проверку, то следуйте нижеуказанным тестам:

  • Всегда используйте безопасный антистатический материал при транспортировке, после тестирования замените токопроводящий пеноматериал на контактах база-эмиттер.¹
  • Никогда не подключайте к эмиттеру напряжение, превышающее значение Vces (указанно в документации для IGBT), а также ни когда не подключайте базу-коллектор к напряжению, превышающему Vges, когда отслеживаете кривую линейных изменений напряжения.
  • Никогда не используйте напряжение больше 20В. для коллектора-эмиттера с открытой базой (с открытым затвором).
  • Избегайте теплового удара. Никогда не кладите холодную деталь на нагревательные приборы. Интенсивность нагрева не должна быть более чем 10Сº/мин.

Процедура тестирования цифровым мультиметром (ЦММ):

  • Требования к оборудованию – ЦММ с режимом проверки диодов и напряжением батареи менее чем 20В. (Обычно используются батареи с напряжением 9V, например «Крона»).
  • Тест перехода коллектор-эмиттер:
  1. Когда деталь находится вне схемы удалите токопроводящий пеноматериал и замкните базу на эмиттер.
  2. ЦММ в режиме проверки диодов, при подключении положительного полюса относительно эмиттера и отрицательного полюса относительно коллектора, должен дать такие же результаты, как при проверке диодов.
  3. Цифровой мультиметр должен показывать какое-либо значение, если положительный щуп подключен к коллектору, а отрицательный к эмиттеру. Поврежденный IGBT будет замкнут в обоих направлениях (положительном и отрицательном), или открыт в обоих направлениях.
  • Тест оксидного слоя затвора: с помощью цифрового мультиметра, в режиме сопротивления, необходимо замерить сопротивление между затвором и коллектором, а также между затвором и эмиттером, на исправных модулях оно равно бесконечности. На поврежденных IGBT модулях данные выводы могут быть замкнуты или иметь утечку, что покажет наличие сопротивления между затвором и коллектором и/или эмиттером.

Читать также:  Конус шпинделя токарного станка

1) Все IGBT модули отправляются изготовителем с токопроводящим пеноматериалом, на затворе и эмиттере. Никогда не прикасайтесь к выводам затвора во время монтажа и не удаляйте токопроводящий пеноматериал.

Знаете ли вы, что проверить IGBT транзистор (узнать, годен ли он) можно даже без мультиметра.Простейшая схема для проверки IGBT транзистора не содержит дефицитных или дорогостоящих деталей.

Но прежде чем её собирать, откройте datasheet (документ с техническим описанием) конкретной модели IGBT транзистора и внимательно посмотрите на соответствие реальных выводов схематическим.

Иными словами, вы должны точно знать, где у IGBT транзистора вывод затвора (обозначается буквой G – Gate), вывод эмиттера (E –Emitter) и вывод коллектора (С – Collector).

На рисунке пример для IGBT транзистора FGH60N60SFD

Источник: https://morflot.su/igbt-modul-kak-proverit/

IGBT транзисторы. Устройство и работа. Параметры и применение

В настоящее время в электронике имеют большую популярность IGBT транзисторы. Если расшифровать эту аббревиатуру с английского языка, то это биполярный транзистор с изолированным затвором. Он применяется в виде электронного мощного ключа для систем управления приводами механизмов, в источниках питания.

Этот силовой транзистор сочетает в себе свойства биполярного и полевого транзистора. Он управляется путем подачи напряжения на затвор, изолированный от цепи. Характерным свойством этого транзистора является низкая величина мощности управления, которая применяется для переключений мощных силовых цепей.

Наибольшей популярностью пользуются IGBT в силовых цепях преобразователей частоты и электродвигателей переменного тока мощностью до 1 мегаватта. По вольтамперным свойствам эти транзисторы аналогичны биполярным моделям полупроводников, но качество и чистота коммутации у них намного больше.

Современные технологии изготовления дают возможность оптимизировать транзисторы по функциональным характеристикам. Уже разработаны полупроводники, способные работать при большем напряжении и величине тока.

Основные параметры

  • Управляющее напряжение – это разность потенциалов, способная управлять работой затвора.
  • Наибольший допустимый ток.
  • Напряжение пробоя между эмиттером и коллектором.
  • Ток отсечки эмиттер-коллектор.
  • Напряжение насыщения эмиттер-коллектор.
  • Входная емкость.
  • Выходная емкость.
  • Паразитная индуктивность.
  • Период задержки подключения.
  • Период задержки выключения.
  • Внутреннее сопротивление.

Достоинства

  • Простая параллельная схема.
  • Отсутствие потерь.
  • Повышенная плотность тока.
  • Устойчивость к замыканиям.
  • Малые потери в открытом виде.
  • Возможность функционирования при повышенной температуре (выше 100 градусов).
  • Эксплуатация с высоким напряжением (выше 1 кВ) и мощностями (более 5 кВт).

При проектировании схем подключения с транзисторами нужно иметь ввиду, что существует ограничение по наибольшему току. Для этого применяют некоторые способы:

  • Правильный подбор тока защиты.
  • Выбор сопротивления затвора.
  • Использование обходных путей коммутации.

Устройство и работа

Внутреннее устройство IGBT транзисторов включает в себя каскад двух электронных ключей, управляющих конечным выходом.

Принцип действия транзистора заключается в двух этапах:

  • При подаче напряжения положительного потенциала между истоком и затвором полевой транзистор открывается, появляется n-канал между стоком и истоком.
  • Начинается движение заряженных электронов из n-области в р-область, вследствие чего открывается биполярный транзистор. В результате этого от эмиттера к коллектору протекает электрический ток.

IGBT транзисторы служат для приближения токов замыкания к безопасному значению. Они ограничивают напряжение затвора следующими методами:

  • С помощью привязки к определенному значению напряжения. Это достигается тогда, когда драйвер затвора имеет постоянное напряжение. Главным способом является добавление в схему диода, имеющего малое падение напряжения (диод Шоттки). Значительный эффект получается путем уменьшения индуктивности цепи затвора и питания.
  • Ограничение значения напряжения затвора путем использования стабилитрона в схеме затвора и эмиттера. Неплохая эффективность получается за счет установки диодов к дополнительным клеммам модуля. Диоды применяются с малым разбросом и температурной зависимостью.
  • Подключение в цепь отрицательной обратной связи эмиттера. Такой способ доступен, когда подключен эмиттер драйвера затвора к клеммам эмиттера модуля.

Сфера использования

IGBT транзисторы чаще всего работают в сетях высокого напряжения до 6,5 киловольт для надежной и безопасной работы электроустановок в аварийном режиме при коротких замыканиях.

Вышеперечисленные свойства транзисторов дают возможность использовать их в частотно-регулируемых приводах, инверторах, импульсных регуляторах тока, а также в сварочных аппаратах.

Также IGBT применяются в системах мощных приводов управления электровозов, троллейбусов. Это повышает КПД и создает повышенную плавность хода.

Силовые транзисторы широко используются в цепях высокого напряжения. Они входят в состав схем посудомоечных машин, бытовых кондиционеров, автомобильного зажигания, блоков питания телекоммуникационного оборудования.

Проверка исправности

IGBT транзисторы проверяются в случаях ревизии при неисправностях электрического устройства. Проверку проводят с помощью мультитестера путем прозвонки электродов эмиттера и коллектора в двух направлениях, чтобы проверить отсутствие замыкания. Емкость входа эмиттер-затвор необходимо зарядить отрицательным напряжением. Это делается кратковременным касанием щупа мультиметра «СОМ» затвора и щупа «V/Ω/f» эмиттера.

Чтобы произвести проверку, нужно убедиться, работает ли в нормальном режиме транзистор. Для этого зарядим емкость на входе эмиттер-затвор положительным полюсом.  Это делается коротким касанием щупа «V/Ω/f» затвора, а щупа «СОМ» эмиттера. Контролируется разность потенциалов эмиттера и коллектора, которая не должна превышать 1,5 вольта. Если напряжения тестера не хватит для открывания транзистора, то входную емкость можно зарядить от питания напряжением до 15 вольт.

IGBT модули

Силовые транзисторы производятся не только в виде отдельных полупроводников, но и в виде модулей. Такие модули входят в состав частотных преобразователей для управления электромоторами.

Схема преобразователя частоты имеет технологичность изготовления выше, если в состав входят модули IGBT транзисторов. На изображенном модуле выполнен мост из двух силовых транзисторов.

IGBT транзисторы нормально функционируют при рабочей частоте до 50 кГц. Если частоту повышать, то повышаются и потери. Свои возможности силовые транзисторы проявляют максимально при напряжении выше 400 В. Поэтому такие транзисторы часто встречаются в мощных электрических приборах высокого напряжения, а также в промышленном оборудовании.

Из истории возникновения

Полевые транзисторы стали появляться в 1973 году. Затем разработали составной транзистор, который оснастили управляемым транзистором с помощью полевого полупроводника с затвором.

Первые силовые транзисторы имели недостатки, выражавшиеся в медленном переключении, низкой надежностью. После 90 годов и по настоящее время эти недостатки устранены. Силовые полупроводники имеют повышенное входное сопротивление, малый уровень управляющей мощности, малый показатель остаточного напряжения.

Сейчас существуют модели транзисторов, способных коммутировать ток до нескольких сотен ампер, с рабочим напряжением в тысячи вольт.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/igbt-tranzistory/

Преимущества замены IGBT на SiC-модули в силовых сборках

Специалисты начали применять коммерчески доступные, мощные All-SiC силовые модули и драйверы (рис. 1) как для модернизации существующих систем на основе Si IGBT, так и при разработке новых конструкций, специально адаптированных для максимально эффективного использования преимуществ новых SiC-приборов, позволяющих создавать компактные и более эффективные преобразователи энергии.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое реактивное сопротивление

Замена Si IGBT на SiC в силовых сборках

Преимущества SiC, как материала, перед Si в силовых приборах хорошо изучены и не требуют дальнейшего анализа [1, 2]. Таким образом, наши усилия будут сосредоточены на применении All-SiC модулей в мощных преобразовательных системах.

Выпускаемая серийно сборка на основе 62-мм модулей Si-IGBT(1200 В/400 А), содержащая конденсаторы звена постоянного тока, радиатор и вентилятор системы принудительного воздушного охлаждения, плату управления с устройством защиты, а также датчики, была выбрана для переделки на карбидокремниевые ключи и испытаний для оценки улучшения производительности.

На рис. 2 показана готовая сборка на базе стандартных модулей 62 мм, которая используется в качестве референтного IGBT-инвертора (до преобразования) или SiC-инвертора (после преобразования). Ее основные технические характеристики представлены на рис. 2, дополнительные сведения доступны в спецификации производителя [3].

При номинальной справочной выходной мощности 140 кВт (ток 200 Аrms) на частоте переключения Fsw 3 кГц, эта 200-А сборка является самой маленькой в семействе.

Она представляет собой хороший пример универсального преобразователя, построенного на базе стандартных модулей, широко используемого в солнечной энергетике и электроприводах.

Процесс замены IGBT-ключей в сборкена SiC-приборы оказался достаточно простым благодаря наличию All-SiC силовыхмодулей в таком же конструктиве, а такжесовместимых драйверов затворов, выполняющих функции, имеющиеся в типовых схемах управления IGBT. На рис. 3 представлены все произведенные изменения.

Дополнительные конденсаторы в звене постоянного тока добавлены для тестирования устройства при больших выходных токах. Три 400-А IGBT-модуля заменены на All-SiC ключи с номинальными параметрами 1200 В/300 А, а вместо трехфазного драйвера затворов IGBT установлено три двухканальных платы управления SiC.

Одна из немногих механических модификаций сборки состоит в изменении положения  драйверов затворов относительно исходного положения (примерно в 20 см от силовых модулей). В окончательном варианте они смонтиро- ваны непосредственно на карбидокремниевых модулях.

Это связано с более высокой скоростью переключения SiC-ключей и необходимостью минимизации влияния паразитных индуктивностей и емкостей соединительных цепей. Модули SiC MOSFET (1200 В/300 А) со встроенными встречно-параллельными диодами Шоттки имеют пять основных преимуществ относительно замененных в сборке 400-А модулей IGBT 12 класса:

  • меньшие потери коммутации;
  • меньшие потери проводимости;
  • пренебрежимо малые динамические потери
  • SiC-диодов Шоттки;
  • большее блокирующее напряжение;
  • высокий иммунитет к космическому излучению, воздействие которого сокращает срок службы и даже приводит к единичным отказам.

Общеизвестно, что SiC-транзисторы имеют низкие потери переключения, что видно из сравнения Si-IGBT с быстрым антипараллельным диодом (FRD) и аналогичного SiC MOSFET с SiC-диодом Шоттки в полумостовой схеме (рис. 4а). Графики на рис. 4б демонстрируют, что SiC-диоды Шоттки практически не имеют заряда обратного восстановления и это свойство сохраняется в диапазоне температур +25+150 °C, что способствует снижению энергии включения Eon MOSFET и заметно снижает потери переключения диода. 

Менее известен факт, что общее значение коммутационных потерь Etot, представляющее собой сумму потерь включения и выключения, в SiC-транзисторах фактически остается неизменным или уменьшается (в некоторых случаях на 10–25%) с ростом температуры кристаллов, в то время как у кремниевых IGBT наблюдается обратный эффект. Таким образом, при реальных рабочих температурах разница Etot между Si IGBT и SiC MOSFET более выражена, чем при комнатной температуре.

Чтобы оценить потери проводимости Econd сравним прямые характеристики IGBT с номинальным током 50 А и SiC MOSFET с различ- ными токовыми номиналами. На рис. 5 видно,что эквивалентный 50-А SiC-транзистор имеет примерно половину потерь проводимости.

Кроме того, нет необходимости заменять 50-АIGBT на такой же SiC, чтобы получить аналогичную производительность. SiC MOSFET с номинальным током 40 А и 50-А IGBT имеют одинаковые потери проводимости при номинальном токе ICnom IGBT.

Соответственно, можно предположить, что оба прибора имеют близкие показатели Econd . 

Необходимо отметить, что величина ICnom IGBT — это предельный постоянный ток при заданной температуре корпуса без учета динамических потерь. При коммутации IGBT необходимо снижать рабочий ток пропорционально росту частоты, чтобы не допустить превышения допустимой мощности рассеивания (PDmax ) устройства.

Из графиков на рис. 5 видно, что при токах менее 50 А, 40-А SiC-транзистор имеет преимущество по E, благодаря чисто омической характеристике потерь MOSFET.

Учитывая существенные различия в динамических параметрах этих двух приборов, коэффициент снижения тока SiC MOSFET на высоких частотах будет существенно ниже, чем у аналогичного Si IGBT.

Кроме уменьшения потерь переключенияи проводимости SiC-транзисторов, а также коммутационных потерь SiC-диодов, важнооценить их высокий иммунитет к воздействию космического излучения высокой энергии, приводящего к снижению надежностии даже повреждению кремниевых структур.Ожидается, что карбидокремниевые транзисторы будут значительно менее чувствительнык этому механизму отказа.

Три основных фактора определяют стойкость полупроводникового прибора к космическому излучению: материал кристалла,его площадь и блокирующее напряжение [4]. Ширина запрещенной зоны карбидокремниевых структур в три раза больше, чем у кремния, площадь SiC-кристаллов составляет только 33% от поверхности аналогичных Si приборов, а напряжение пробоя SiC модулей в 1,33 раза превышает величину номинального напряжения.

Таким образом, нетрудно понять, что технология SiC, по сравнениюс Si, позволяет минимизировать влияние трех основных факторов, влияющих на надежность полупроводниковых структур.

Повышение производительности инвертора

В результате замены IGBT на SiC-модули в сборке инвертора ожидается значительное снижение рассеиваемой мощности, что может привести к соизмеримому увеличению выходной мощности и эффективности на более высоких частотах переключения.

Это позволяет уменьшить размер и вес системы или увеличить ток нагрузки на той же рабочей частоте, повысить плотность мощности, улучшить удельные экономические показатели ($/Вт) или просто снизить температуру кристаллов и повысить КПД при тех же условиях эксплуатации, улучшить показатели надежности. На рис.

6 показано расчетное повышение производительности инвертора, расчеты впоследствии проверялись на соответствие результатам измерений зависимости выходного тока от рабочей частоты инвертора.

Чтобы подтвердить ожидаемое улучшение производительности, были проведены испытания трехфазного инвертора на базе SiC-модулей, результаты измерений сравнивались со справочными данными IGBT-сборки. Тесты проводились при напряжении питания 700 В DC в режиме принудительного охлаждения с интенсивностью 400 м 3 /час при температуре окружающей среды Tamb = +25°С.

Выходное напряжение 480 В AC при частоте 50 Гц подавалось на сбалансированную трехфазную резистивную нагрузку, которая может изменяться в пределах 2,8–263 кВт. Начальное тестирование проводилось при Fsw  = 10 кГц, затем испытания повторялись при Fsw = 50 кГц при сохранении всех остальных условий эксплуатации. Результаты,представленные на рис.

7, иллюстрируют явные преимущества по производительности SiC-инвертора. 

Изучая все сборки рассматриваемого семейства инверторов, следует определить, какому из них SiC-инвертор соответствует в наибольшей степени. Выбор в первую очередь зависит от рабочей частоты преобразователя Fsw в конкретном применении. На рис. 8 показана зависимость номинального выходного тока Iout от Fsw; как и ожидалось, эта зависимость обратная.

Из-за резкого спада величины Iout  с ростом Fsw у IGBT сборки мы видим, что на частоте 10 кГц IGBT инвертор с номинальным током 750 А, который в три раза больше сборки на базе SiC, имеет такую же нагрузочную способность.

Кроме того, зона, выделенная на рисунке синим цветом, демонстрирует возможности карбидокремниевых устройств, которые вообще экономически недостижимы при использовании Si IGBT технологии.

Заключение

Разработчикам мощных преобразователей всегда приходится искать компромисс между производительностью, габаритами, стоимостью и частотой переключения Fsw. Использование более высоких значений Fsw позволяет уменьшать массогабаритные показатели конвертеров, однако платой за это является снижение эффективности.

Как правило, для систем высокой мощности (>500 кВт), оптимальный баланс между вышеперечисленными параметрами достигается на частоте коммутации около 3 кГц. Использование All-SiC силовых модулей позволяет повышать величину Fsw без существенного снижения производительности.

Это дает возможность создавать более высокочастотные системы преобразования энергии, отличающиеся меньшими габаритами и весом, быстротой реакции и более высокой надежностью силового каскада.

Авторы и литература

Источник: https://www.macrogroup.ru/preimushchestva-zameny-igbt-na-sic-moduli-v-silovyh-sborkah

IGBT модули

— 2HB – 2 ключа IGBT, вид схемы: полумост (half bridge);

— 2CE – 2 ключа IGBT, вид схемы: двойной ключ (common emitter), только для MIAA;

— 1HC – 1 ключ IGBT, вид схемы: верхний чоппер (high side chopper);

— 1LC – 1 ключ IGBT, вид схемы: нижний чоппер (low side chopper).

Пример маркировки:

MIAA 2 HB
1 2 3 4 5 6 7 8

1. MIAA – корпус шириной 62 мм 2. Количество IGBT ключей 3. Вид схемы 4. Класс по напряжению 5. Модификация IGBT чипов 6. Модификация модуля 7. Максимально допустимый ток, A 8. Климатическое исполнение по ГОСТ 15150: N2

На сегодняшний день силовые IGBT-модули являются одними из самых популярных силовых ключей для преобразователей электроэнергии различной функциональности. Большая часть рынка силовых транзисторов принадлежит именно им.

Это связано с тем, что технологии энергосбережения – вопрос очень актуальный, и он привлекает производителей электронной техники к изготовлению модулей на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором.

задача – эффективность в «администрировании» электрической энергии.

Зачем нужны IGBT-модули

Использование в конструкции преобразователей подобных абсолютно управляемых и быстродействующих электронных компонентов дает возможность конвертировать электроэнергию на высоких частотах. При этом уменьшаются общие потери в аппаратах, снижается масса и размеры устройств, становится возможным применение современных систем управления.

Рабочее напряжение IGBT-модулей составляет от 600 до 1700 В, а коммутация токов обеспечивается до 400 А.

Основой таких модулей являются IGBT-транзисторы. Их характеристики позволяют им «работать» с напряжением до 6500 В и током до 360 А. Разнятся с другими агрегатами эти устройства по целому ряду признаков, среди которых:

  • Расширенная область безопасной работы.
  • Большой диапазон допустимой энергии переключения – частоты достигают 30 кГц.
  • Небольшая величина напряжения насыщения – не выше, чем 2,5 В.
  • Низкое тепловое сопротивление.
  • Возможность коммутации больших импульсных токов.

Вследствие таких свойств IGBT-модули удобно использовать, они обладают отличной надежностью и высоким быстродействием.

Области использования

К энергосберегающим технологиям прибегают повсеместно – их внедряют и во всевозможных видах производств, и в средствах транспорта. Таким образом, применение IGBT-модулей чрезвычайно обширно. Их используют:

  • В тяговых приводах общественного, железнодорожного и большегрузного автомобильного транспорта.
  • В электросистемах судов.
  • В медицинском оборудовании.
  • В преобразователях солнечной и ветровой энергии.
  • В источниках бесперебойного питания.
  • В высоковольтных сетях.
  • В цепях преобразователей напряжений.

Учитывая такую популярность и всеобщее применение, эти модули постоянно подвергаются различным улучшениям. Увеличивается их устойчивость, обеспечивается долгий срок службы даже в условиях суровой эксплуатации и аварийных режимов.

Полезные ссылки:

Статья: Особенности применения IGBT модулей «Протон-Электротекс».

Источник: http://ametex.ru/products/igbt-moduli/

Применение igbt транзисторов в инверторе — Сварка Профи

В настоящее время в электронике имеют большую популярность IGBT транзисторы. Если расшифровать эту аббревиатуру с английского языка, то это биполярный транзистор с изолированным затвором. Он применяется в виде электронного мощного ключа для систем управления приводами механизмов, в источниках питания.

Этот силовой транзистор сочетает в себе свойства биполярного и полевого транзистора. Он управляется путем подачи напряжения на затвор, изолированный от цепи. Характерным свойством этого транзистора является низкая величина мощности управления, которая применяется для переключений мощных силовых цепей.

Наибольшей популярностью пользуются IGBT в силовых цепях преобразователей частоты и электродвигателей переменного тока мощностью до 1 мегаватта. По вольтамперным свойствам эти транзисторы аналогичны биполярным моделям полупроводников, но качество и чистота коммутации у них намного больше.

Современные технологии изготовления дают возможность оптимизировать транзисторы по функциональным характеристикам. Уже разработаны полупроводники, способные работать при большем напряжении и величине тока.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
220 вольт