آشنایی با IGBT

[shima.power]

Insulated gate bipolar transistor
در فرکانسهای بالای کلیدزنی از یک ترانزیستور جهت کنترل سطح ولتاژ DC استفاده میشود.با بالا رفتن فرکانس ترانزیستور دیگر خطی عمل نمیکند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید میکند.به همین سبب در فرکانس کلیدزنی بالا از المان کم مصرف power MOSFET استفاده میشود.اما با بالا رفتن قدرت،تلفات آن نیز زیاد میشود.المان جدیدی به بازار آمده است که تمامی مزایای 2قطعه فوق را دارد و دیگر معایب BJT و POWER MOSFET را ندارد.این قطعه جدید IGBT نام دارد.در طی سالهای اخیر بدلیل ارزانی و مزایای این قطعه از آن استفاده زیادی شده است.IGBT (ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده) یک نیمه هادی جدید و کاملا صنعتی است که از ترکیب 2 نوع ترانزیستور BJT و MOSFET ساخته شده است.بطوریکه از دید ورودی شما یک MOSFET را میبینید و از نظر خروجی یک BJT.BJTها و MOSFETها دارای خصوصیاتی هستند که از نقطه نظرهایی یکدیگر را تکمیل میکنند.BJTها در حالت روشن(وصل) دارای تلفات هدایتی کمتری هستند درحالیکه زمان سوئیچینگ آنها به خصوص در زمان خاموش شدن طولانی تر است.MOSFETها قادرند که به مراتب سریعتر قطع و وصل کنند بنابراین تلفات هدایت آنها بیشتر است.IGBT یک ترانزیستوری است که مزایای BJT و MOSFET را باهم دارد مثل:*امپدانس ورودی بالا مثل MOSFET*افت ولتاژ و تلفات کم مانند BJT*نظیر BJT دارای ولتاژ حالت روشن(وصل) کوچکی است.اسامی پایه ها هم از روی همان اسامی قبلی انتخاب شده G از MOSFET و C,E از ترانزیستورهای BJT.در نتیجه با این ترکیب ساده شما المانی را استفاده میکنید دارای امپدانس بالای گیت و قابلیت تحمل ولتاژ بالا است.سرعت سوییچ کردن این نوع دارای محدودیت بوده بطور نمونه 1KHz تا 50KHz کخ در کل بین دو نوع BJT و MOSFET قرار میگیرد.و بخاطر امپدانس ورودی بسیار بالایی که دارد بسیار حساس می باشد.و بیشتر در کوره های القایی برای تقویت دامنه ولتاژ استفاده میشود.و در کل مورد استفاده این نوع ترانزیستورها بیشتر برای راه اندازی المانهای توان بالا می باشد.مهمترین و تقریبا تنها کارایی IGBT سوییچینگ جریانهای بالا میباشد.

ادامه دارد....
​

 

[shima.power]

ساختار N-CHANAL-IGBTIGBT یک ترانزیستور قطبی می باشد که فرمان اعمال شده به آن توسط پایه GATE انجام میشود.از دیدگاه خروجی مانند ترانزیستور دو قطبی است و از دیدگاه ورودی ویژگی های FET را دارد.پایه گیت از دو صفحه فلزی رسانا تشکیل شده است این صفحه ها جهت ایجاد میدانهای الکترواستاتیکی بکار میروند.سطح این صفحهت توسط لایه ی نازکی از سیلیکن پوشانده شده است و هریک از این صفحات عایق به سه نیمه هادی در ساختار داخلی IGBT متصل شده است.دو نیمه هادی نوع N و یک نیمه هادی نوع P .توسط اتصال این دو صفحه ی عایق به نیمه هادیها شش ساختار خازنی به وجود می آید. شرط عملکرد این ترانزیستور این است که دو صفحه ی گیت به صورت وثبت شارژ شوند که در این صورت باعث ایجاد دو تاثیر عمده در داخل IGBT میگردد.​

​

 

[shima.power]

اتصال صفحه ی GATE به نیمه هادی نوع P:
با اعمال پتانسیل مثبت به گیت صفحات گیت به صورت مثبت شارژ میشوند،حاملهای اکثریت در نیمه هادی نوع P نیز حفره ها میباشد و ماهیت این نیمه هادی نیز به صورت ماده ایست که فقدان الکترون دارد و این عامل باعث ایجاد میدانهای الکترواستاتیکی بین صفحه ی گیت و نیمه هادی نوع P میگردد و در نتیجه نیروی جاذبه میان الکترونهای شارژ شده در گیت و حفره ها در نیمه هادی نوع P یونهای مثبت در نزدیکی گیت جمع میشوند.

اتصال صفحه ی GATE به نیمه هادی نوعn:
حاملهای اکثریت در نیمه هادی نوع n الکترونها میباشند.درنتیجه این نیمه هادی دارای یون منفی می باشد که دارای الکترون مازاد است.حال با شارژ کردن صفحات گیت به صورت مثبت بارهای الکتریکی شارژ شده بر روی صفحه ی گیت باعث دفع شدن الکترونها در قسمت اتصال خازنی میگردد.


​

​

​

​

 

[shima.power]

پایه ی امیتر:در این ترانزیستور پایه ی امیتر به سه نیمه هادی اتصال پیدا کرده است.یکی از این نیمه هادیها نوع n و دوتای دیگر نیمه هادی نوع p میباشد که نیمه هادی نوع n جهت عبور جریان بار استفاده میشود و نیمه هادیهای نوع p جهت عبور جریان تحریک فرمان عملکردی ترانزیستور استفاده میگردد. پایه ی کلکتور:این پایه نیز به یک نیمه هادی نوع p متصل میگردد.نیمه هادی های قرار گرفته بین دو پایه ی کلکتور و امیتر به صورت pnp میباشد.


بررسی مدارهای معادل برای IGBT:بطور کلی المانهای الکتریکی که برای بررسی مدار داخلی IGBT میتوانند مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از مقاومت های اهمی،خازنها،دیئدها،ترانزیستورnpn و mosfet​

 

[ali-q]

سوال

سوال

پایه ی امیتر:در این ترانزیستور پایه ی امیتر به سه نیمه هادی اتصال پیدا کرده است.یکی از این نیمه هادیها نوع n و دوتای دیگر نیمه هادی نوع p میباشد که نیمه هادی نوع n جهت عبور جریان بار استفاده میشود و نیمه هادیهای نوع p جهت عبور جریان تحریک فرمان عملکردی ترانزیستور استفاده میگردد.پایه ی کلکتور:این پایه نیز به یک نیمه هادی نوع p متصل میگردد.نیمه هادی های قرار گرفته بین دو پایه ی کلکتور و امیتر به صورت pnp میباشد.


بررسی مدارهای معادل برای IGBT:بطور کلی المانهای الکتریکی که برای بررسی مدار داخلی IGBT میتوانند مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از مقاومت های اهمی،خازنها،دیئدها،ترانزیستورnpn و mosfet​

سلام دوست عزیز لطفا به جای این معرفی ها یه مدار از این قطعه رو تحلیل کنید تا روابط بین گیت و کلکتور و امیتر رو یاد بگیریم.
مرسی