Содержание
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.
В регуляторах скорости применяются IGBT транзисторы с рабочей частотой в несколько десятков кГц.
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.
Условное обозначение
Транзисторы имеют комбинированную структуру, то и обозначения у них соответствующие:
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:
- Биполярные транзисторы. Виды и характеристики. Работа и устройство
- Полевые транзисторы. Виды и устройство. Применение и особенности
- Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
- Твердотельные реле. Устройство и работа. Виды и особенности
- Свойства полупроводников. Устройство и работа. Применение
Последние новости туризма на сегодня 2022
Отдых и Туризм — Новости туризма 2022
Февраль 12, 2022
8 комментариев
С чем у любого туриста ассоциируется Хорватия? В первую очередь — отличная экология, чистейшее лазурного цвета Адриатическое море и невероятно живописные берега…
Февраль 1, 2022
Февраль 1, 2022
Февраль 1, 2022
Февраль 2, 2022
Правильное питание
Ноябрь 19, 2021
5 комментариев
Хотя общая идея заключается в том, что замороженные фрукты не несут никакой пользы для здоровья, многочисленные доказательства противоречат.
..
Ноябрь 19, 2021
17 комментариев
Ноябрь 19, 2021
10 комментариев
Ноябрь 19, 2021
20 комментариев
Общество
Ноябрь 19, 2021
7 комментариев
Найти идеальный подарок на Новый год для близких и друзей — непростая задача.
Если нет уверенности в правильности своего решения, то может…
Ноябрь 19, 2021
20 комментариев
Ноябрь 19, 2021
4 комментария
Ноябрь 19, 2021
5 комментариев
Cпорт отдых туризм
Ноябрь 20, 2021
16 комментариев
Занять всю семью непросто.
И что ж, нужно время, чтобы постоянно придумывать новые…
Бизнес
Ноябрь 20, 2021
2 комментария
Во французском языке существительное menu имеет два совершенно разных…
Спорт
Ноябрь 21, 2021
8 комментариев
Если вы все-таки решились на покупку первого сноуборда, при выборе однозначно не стоит…
Полупроводниковые тестеры | Тест транзистора | Тестирование БТИЗ
Восстановленный ударный материал® Серия 64-разрядная операционная система Windows 10® Приборы Lorlin® Impact Series Дискретные устройства | ОБРАТИТЕСЬ В LORLIN ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯПОСЛЕДНИХ ОБНОВЛЕНИЙ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОС Windows 10® 64-BIT и лицензия на программное обеспечение Lorlin® Impact Series | Типовая конфигурация тестера Lorlin® Восстановленные испытательные станции серии Impact® |
Тестовые системы Lorlin Дискретные полупроводниковые тестеры для MOSFET, JFets, транзисторов, IGBT, силовых полевых транзисторов, диодов, выпрямителей, стабилитронов, мостов, SCR, симисторов и гибридов. Высокоточные и производительные параметрические испытательные системы с повторяемыми результатами. КОМПЛЕКС УСЛУГ НА МЕСТЕ и ОН-ЛАЙН:
|
Заводские услуги
|
Impact 7bt Dataasher
Double-Teach Dataash
Как измерить ток утечки на полупроводниках
Как измерить напряжение пробоя полупроводников
Как измерить коэффициент усиления по току (HFE) и напряжение насыщения полупроводников
Как измерить коэффициент усиления по току с общей базой (1+hfe) при частоте переменного тока 1 кГц на полупроводниках
Проверка данных и серийных номеров полупроводников перед сохранением в файл
Тестовая мощность МОП-транзисторы, БТИЗ Результаты, наблюдения
Рис.
1 Моя коллекция МОП-транзисторов, в основном подаренная посетителем.
Льюис Лофлин
Я взял на себя ряд вопросов, касающихся конструкции управления двигателем H-Bridge и смежных тем. Я разработал простую схему управления CMOS с тремя состояниями, используя две микросхемы CD4093.
Идея была не покупать специализированные устройства. Просто используйте простые транзисторы и т. д.
Выходные драйверы двигателя представляли собой комбинации IGBT, MOSFET и биполярных транзисторов. Идея заключалась в том, чтобы управлять двигателями с напряжением 12, 24, 36 и 48 вольт.
Результаты следующие:
БТИЗ, по крайней мере те, что у меня есть, не должны использоваться.
Они имеют высокое падение напряжения (Vce ~ 2 В) и их лучше использовать для коммутации более высокого напряжения.
См. Схемы биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT и схему Н-моста с выходами транзисторов Дарлингтона-IGBT.
Для двигателей с напряжением ниже 15 В используйте МОП-транзисторы: IRF4905 для p-канала и IRFZ44N для n-канала.
При напряжении выше 15 В используйте схему оптопара-транзистор Дарлингтона для p-канала и IRFZ44N. См. Управление транзисторами Дарлингтона с оптопарами
Проблема упирается в сопротивление rDS(on). Используйте как можно более низкие значения a. См. следующие два рисунка:
Высокие потери мощности rDS вызывают перегрев.
Low rDS обеспечивает наибольшую мощность нагрузки.
Переменный источник питания, используемый в тестовых схемах и видеороликах:
LM2575 Простые импульсные регуляторы напряжения
LM2575 Простые импульсные регуляторы напряжения Видео на YouTube
Связанные видео и веб-страницы.
Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов
Проблемы с параллельным подключением полевых МОП-транзисторов Видео на YouTube
Простые схемы для тестирования MOSFET-транзисторов, видео на YouTube
Учебное пособие по переключению силовых N-канальных полевых МОП-транзисторов
Учебное пособие по силовым MOSFET-переключателям P-Channel
См. От базовых цифровых схем до управления двигателем по H-мосту.
Отдельное спасибо Полу за МОП-транзисторы!
Рис. 2. Тестовая установка N-Channel MOSFET на моем рабочем столе.
Рис. 3 Схема тестовой цепи N-Channel MOSFET.
На рис. 3 простой импульсный регулятор напряжения LM2575 заменил потенциометр 10K. Это должно быть подключено к собственному отдельному источнику питания, такому как дешевая вилка в настенном блоке питания. Соблюдайте полярность. Положительный к затвору, отрицательный к земле.
| Device | Vds MAX | Rds(on) | 3.3V Ids, Vds | 5V Ids, Vds | 10V Ids, Vds | ||||
| IRF640N | 200V | 0.15 | OFF | 3.46A, 1.45V | 3.48A, 1.38V | ||||
| IRF630 | 200V | 0.4 | OFF | 3.33A, 1.99V | 3.41A, 1.66V | ||||
| IRF730 bent | 200V | 1,0 | OFF | 2,57A, 4,9 В | 2.76A, 4,4 В | ||||
| IRF730 Трубка | 200V | 1,0 | OFF | 2,48A, 5V | 400V | 0.55 | OFF | 3.0A, 2.21V | 3.25A, 2.53V |
| IRFP450 | 500V | 0.4 | OFF | 3.47A, 1.8V | 3.47A, 1.8 В | ||||
| IRFZ22 | 50V | 0.12 | OFF | 3.59A, 1. 14V | 3.74A, 0.53V | ||||
| IRF540 | 100V | 0.077 | OFF | 3.75A, 0.44V | 3.81A , 0,29 В | ||||
| IRFZ44N | 55V | 0,032 | 3,81A, 0,19 В | 3,82A, 0,17V | 3,82A, 0,17V | 3,82 А, 0,25 В | 3,85A, 0,12 В | ||
| NDP605A | 50V | 0,025 | OFF | 3,8A, 0,23 В | 3,82A, 0,15V | ||||
| ? | 2.4A | 3.83A, 0.19V | 3.83A, 0.17V | ||||||
| RFP50N06 | 60V | 0. 022 | OFF | 3.82A, 0.21V | 3.84A, 0.13V |
** данные не найдены.
Скачать рисунок mosfet_test1.jpg
Наблюдение: низкий уровень rDS(on) МОП-транзисторы имеют низкое напряжение, обычно 55-60 вольт. Для более высокого напряжения мы часто имеем более высокое значение rDS(on).
Многие устройства легко соединить параллельно, но помните, что емкость затвор-исток и т. д. суммируются.
Рис. 4 Тестовая установка P-Channel MOSFET на моем рабочем столе.
Рис. 5. Схема проверки P-Channel MOSFET.
На рис. 5 простой импульсный регулятор напряжения LM2575 заменил потенциометр 10K. Это должно быть подключено к собственному отдельному источнику питания, такому как дешевая вилка в настенном блоке питания. Соблюдайте полярность. Отрицательный к затвору, положительный к земле.
Рис.
6. Четыре полевых МОП-транзистора IRF9630, включенных параллельно.
P-канальные МОП-транзисторы, как и n-канальные, могут быть подключены параллельно для низкого rDS(on), как показано выше.
| Device | Vds MAX | Rds(on) | 3.3V Ids, Vds | 5V Ids, Vds | 10V Ids, Vds | |||||||||||||||||||||||
| IRF9540 | -100V | 0.117 | OFF | 1,39 А, -9,35 | 2,68 А, -4,56 В | |||||||||||||||||||||||
| IRF9630 | -200V | 0.8 | OFF | 1.98A, -7.16V | 2.98A, -3.45V | |||||||||||||||||||||||
| IRF9630 X 4 | -200V | 0.8/4 | OFF | 3.59A, — 0,91V | 3,6A, -0,71V | |||||||||||||||||||||||
| IRF4905 | -55V | 0,02 | 3,81A, -0,44 | 3,81A, -0,44V |
| Устройство | *Vce | *Vce(sat) | *Ic | Ic 10В | Vce |
| h30R1202 | 1200V | 1.48V | 20A | 3.41A | 1.96V |
| IXGh35N100A | 1000V | 3.5V | 50A | 3.4A | 1.96V |
| IXGh2539** | 1000В? | ? | ? | 3,7 А | 1,68 В |
* из спецификации.
** данные не найдены.
См.