טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד (IGBT או IGBT). תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / חַשׁמַלַאי

התקני מוליכים למחצה כוח. טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד (IGBT או IGBT). אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מדריך חשמלאי

טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד (IGBT) (ראשי תיבות באנגלית IGBT - Isolated Gate Bipolar Transistor) הם מכשירים מוליכים למחצה בעלי טרנזיסטור אפקט שדה בכניסה וטרנזיסטור דו קוטבי במוצא.

אחד מהשילובים הללו מוצג באיור. 7.4. ההתקן מוכנס למעגל הכוח על ידי המסופים של הטרנזיסטור הדו-קוטבי E (פולט) ו-C (אספן), ולמעגל הבקרה על ידי טרמינל G (שער).

לפיכך, ל-IGBT יש שלושה פינים חיצוניים: פולט, אספן, שער. חיבורי הפולט והניקוז (D) והבסיס והמקור (S) הם פנימיים. השילוב של שני מכשירים במבנה אחד איפשר לשלב את היתרונות של טרנזיסטורים אפקט שדה ודו-קוטביים: התנגדות כניסה גבוהה עם עומס זרם גבוה והתנגדות נמוכה במצב מופעל.

טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד (IGBT או IGBT)
אורז. 7.4. אחת האפשרויות היא עומס זרם והתנגדות נמוכה במבנה ה-IGBT במצב מופעל.

מבנה IGBT

קטע סכמטי של מבנה ה-IGBT מוצג באיור. 7.5. הטרנזיסטור הדו-קוטבי (איור 7.5, א) נוצר על ידי שכבות p+ (פולט), n (בסיס), p (אספן); שדה - שכבות n (מקור), n+ (ניקוז) ולוח מתכת (שער). לשכבות p+ ו-p יש פינים חיצוניים הכלולים במעגל החשמל. לשער יש מסוף המחובר למעגל הבקרה.

באיור. 7.5, b מוצג מבנה IGBT דור IV, עשוי באמצעות טכנולוגיית תעלה-שער, המבטלת התנגדות בין בסיסי p ומקטינה את גודל המכשיר מספר פעמים.

טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד (IGBT או IGBT)
אורז. 7.5. מבני IGBT: a - מבנה של טרנזיסטור סטנדרטי; b- מבנה של טרנזיסטור שנוצר באמצעות טכנולוגיית שער תעלה

עקרון פעולה ותכונות

תהליך הפעלה ניתן לחלק את IGBT לשני שלבים:

שלב 1 - לאחר הפעלת מתח חיובי בין השער למקור, טרנזיסטור אפקט השדה נפתח (נוצר ערוץ n בין המקור לניקוז);
שלב 2 - תנועת המטענים מאזור n לאזור p מובילה לפתיחת הטרנזיסטור הדו קוטבי ולהופעת זרם מהפולט לקולט.

כך, טרנזיסטור אפקט שדה שולט בפעולת הדו קוטבי. עבור IGBTs עם מתח נומינלי בטווח של 600-1200 וולט במצב מופעל לחלוטין, ירידת המתח קדימה, כמו גם עבור טרנזיסטורים דו-קוטביים, היא בטווח של 1,5-3,5 וולט.

זה פחות משמעותית ממפל המתח הטיפוסי על פני MOSFET הספק במצב מוליך באותם דירוגי מתח.

מצד שני, למכשירי MOSFET עם דירוג מתח של 200 וולט או פחות יש מתחים במצב נמוכים יותר מ-IGBT והם נותרים ללא תחרות בהקשר זה במתחי פעולה נמוכים וזרמי מיתוג של עד 50A.

מבחינת ביצועים, IGBTs נחותים מ-MOSFETs, אך עדיפים משמעותית על דו-קוטביים. אופייני ערכי זמן ספיגה המטען והזרם המצטברים כאשר IGBT כבוי הם בטווחים של 0,2-0,4 ו-0,2-1,5 מיקרומטר בהתאמה.

אזור עבודה בטוח IGBT מאפשר להבטיח בהצלחה את פעולתו האמינה ללא שימוש במעגלים נוספים ליצירת נתיב המיתוג בתדרים מ-10 עד 20 קילו-הרץ עבור מודולים עם זרמים מדורגים של כמה מאות אמפר. לטרנזיסטורים דו-קוטביים המחוברים לפי מעגל דרלינגטון אין איכויות כאלה.

בדיוק כפי שמכשירי MOSFET בדידים החליפו את הדו-קוטביים בהחלפת ספקי כוח עד 500 V, IGBT בדידים עושים את אותו הדבר באספקת מתח גבוה יותר (עד 3500 וולט).

מודולי IGBT

מודול IGBT לפי תרשים החשמל הפנימי אולי:

IGBT יחיד;
מודול כפול (חצי גשר), שבו שני IGBTs מחוברים בסדרה (חצי גשר);
מסוק, שבו IGBT בודד מחובר בסדרה עם דיודה;
גשר חד פאזי או תלת פאזי.

טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד (IGBT או IGBT)
אורז. 7.6. ערכות של מודולי IGBT: a - IGBT יחיד; b - מודול כפול; c - מפסק אספן (מסוק); g - מסוק פולט (צ'ופר)

בכל המקרים, למעט המסוק, המודול מכיל דיודה מובנית עם גלגל חופשי במקביל לכל IGBT. דיאגרמות החיבור הנפוצות ביותר עבור מודולי IGBT מוצגות באיור. 7.6.

הבדלים עיקריים בין אלמנטים בודדים למודולים

ההבדל העיקרי בין התקנים בדידים לבין מודולים בעלי זרם גבוה הוא האופן שבו הם מחוברים חשמלית לרכיבי מעגל אחרים. רכיבים דיסקרטיים מחוברים לרכיבי מעגל בלוח מעגלים מודפס על ידי הלחמה.

הערך המרבי של זרמים בחיבורי המגע של לוח מעגלים מודפס בדרך כלל אינו עולה על 100 A בתנאי הפעלה במצב יציב. זה מטיל מגבלות טבעיות על מספר הרכיבים המחוברים במקביל. מצד שני, למודולים בעלי זרם גבוה יש מסופים למסופי בורג. לכן הם יכולים להיות מחוברים לאזי כבלים או ישירות לפסים. מודולי זרם גבוה יכולים גם להיות מחוברים ישירות ל-PCB דרך חורים דרך.

מודולים זמינים בשלוש גרסאות:

על פי סכמת מפתח יחיד (סדרת MDTKI);
לפי סכמה דו-מפתחית (M2TKI);
לפי המעגל של מפסק זרם, מסוק (סדרת MTKID).

הטרנזיסטורים עוקפים באמצעות דיודות זרם הפוך, שהן דיודות התאוששות מהירות במיוחד עם התאוששות "רכה" (דיודות FRD).

מחבר: Koryakin-Chernyak S.L.

ראה מאמרים אחרים סעיף מדריך חשמלאי.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

קפה עם חלב פועל כאנטי דלקתי 31.01.2023

לקפה עם חלב יש השפעה אנטי דלקתית על הגוף, כך גילו מדענים מאוניברסיטת קופנהגן.

בכל פעם שחודרים חיידקים, וירוסים וחומרים זרים אחרים לגוף, מערכת החיסון מגיבה באמצעות תאי דם לבנים וכימיקלים שונים כדי להגן על עצמה, וזה גורם לדלקת. בנוסף, דלקת יכולה להיגרם מלחץ חמצוני – פגיעה בתאים כתוצאה מחמצון על ידי חמצן. ידוע כי פוליפנולים מועילים לבני אדם מכיוון שהם מסייעים בהפחתת מתח חמצוני.

"כאשר פוליפנול מגיב עם חומצת אמינו, השפעתו המעכבת על דלקת בתאי מערכת החיסון מתחזקת. בדקנו תאי חיסון שטופלו בשילוב של פוליפנולים וחומצות אמינו. נמצא כי הם יעילים פי שניים במלחמה בדלקות מאשר תאים אליהם רק פוליפנולים נוספו.", ציינו החוקרים.

פולי קפה עשירים בפוליפנולים וחלב עשיר בחלבונים. לכן, מדענים הגיעו למסקנה שלמשקאות המכילים רכיבים אלה יש השפעה מועילה על חסינות.

עוד חדשות מעניינות:

▪ הניאנדרטלים לא נמצאים רק באפריקה

▪ מעקב אחר לוויינים ופסולת חלל

▪ Traco Power TMG - מודולי AC-DC קומפקטיים לכל לוח

▪ אוורור הגוף מתחת לבגדים

▪ תהליך יצירת קונדנסט Bose-Instein מואץ פי 100

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר מייצבי מתח. בחירת מאמרים

▪ מאמר הולנדי מעופף. ביטוי עממי

▪ מאמר האם דולפין יכול לדבר? תשובה מפורטת

▪ מאמר Lakonos ברי. אגדות, טיפוח, שיטות יישום