IGBT signifie Insulated Gate Bipolar Transistor , un semi-conducteur de puissance qui comprend le caractéristiques d'un MOSFET la commutation de grille dépendante de la tension et la résistance ON minimale (tension de saturation basse) d'un BJT .
La figure 1 présente un circuit équivalent IGBT, où un transistor bipolaire fonctionne avec un architecte de porte MOS, tandis que le circuit IGBT similaire est en fait un mélange d'un transistor MOS et d'un transistor bipolaire.
Les IGBT, promettant une vitesse de commutation rapide avec des caractéristiques de tension de saturation minimales, sont utilisés dans une large gamme, des applications commerciales comme les unités de captage d'énergie solaire et l'alimentation sans coupure (UPS), aux domaines électroniques grand public, comme le contrôle de la température pour plaques de cuisson à induction , équipement de climatisation PFC, onduleurs et stroboscopes d'appareils photo numériques.
La figure 2 ci-dessous révèle une évaluation entre les dispositions et attributs internes de l'IGBT, du transistor bipolaire et du MOSFET. Le cadre fondamental de l'IGBT est le même que celui d'un MOSFET ayant une couche p + placée dans la section drain (collecteur), et également une jonction pn supplémentaire.
Pour cette raison, chaque fois que des porteurs minoritaires (trous) ont tendance à être insérés à travers la couche p + sur la couche n avec une modulation de conductivité, la résistance de la couche n est considérablement réduite.
Par conséquent, l'IGBT offre une tension de saturation (résistance ON plus petite) par rapport à un MOSFET lorsqu'il fait face à un courant énorme, permettant ainsi des pertes de conduction minimales.
Cela dit, étant donné que pour le trajet d'écoulement de sortie des trous, l'accumulation de porteurs minoritaires aux périodes de désactivation est interdite en raison de la conception particulière de l'IGBT.
Cette situation donne lieu à un phénomène dit courant de queue , dans lequel l'arrêt est ralenti. Lorsque le courant de queue se développe, la période de commutation est retardée et tardive, plus que celle d'un MOSFET, ce qui entraîne une augmentation des pertes de temps de commutation, pendant les périodes d'arrêt de l'IGBT.
Notes maximales absolues
Les spécifications maximales absolues sont les valeurs désignées pour garantir une application sûre et saine de l'IGBT.
Le dépassement de ces valeurs maximales absolues spécifiées, même momentanément, peut entraîner la destruction ou la panne de l'appareil, assurez-vous donc de travailler avec des IGBT dans les limites maximales tolérables comme suggéré ci-dessous.
Aperçu des applications
Même si les paramètres d'application recommandés tels que la température / courant / tension de fonctionnement, etc. sont maintenus dans les valeurs nominales maximales absolues, au cas où l'IGBT serait fréquemment soumis à une charge excessive (température extrême, grande alimentation en courant / tension, variations extrêmes de température, etc.), la durabilité de l'appareil peut être gravement affectée.
Caractéristiques électriques
Les données suivantes nous informent sur les différentes terminologies et paramètres impliqués dans l'IGBT, qui sont normalement utilisés pour expliquer et comprendre en détail le fonctionnement d'un IGBT.
Courant de collecteur, dissipation de collecteur : La figure 3 montre la forme d'onde de température de dissipation du collecteur de l'IGBT RBN40H125S1FPQ. La dissipation maximale tolérable du capteur est affichée pour différentes températures de boîtier.
La formule ci-dessous devient applicable dans les situations où la température ambiante TC = 25 degrés Celsius ou plus.
Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)
Pour les conditions où la température ambiante TC est = 25 ℃ ou moins, la dissipation des capteurs IGBT est appliquée conformément à leur valeur nominale maximale absolue.
La formule de calcul du courant de collecteur d'un IGBT est:
Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)
Cependant, ce qui précède est la formule générale, est simplement un calcul dépendant de la température de l'appareil.
Le courant de collecteur des IGBT est déterminé par leur tension de saturation de collecteur / émetteur VCE (sat), et également en fonction de leurs conditions de courant et de température.
De plus, le courant de collecteur (crête) d'un IGBT est défini par la quantité de courant qu'il peut gérer, qui dépend à son tour de la façon dont il est installé et de sa fiabilité.
Pour cette raison, il est conseillé aux utilisateurs de ne jamais dépasser la limite maximale tolérable des IGBT lors de leur utilisation dans une application de circuit donnée.
D'autre part, même si le courant du collecteur peut être inférieur à la valeur nominale maximale de l'appareil, il pourrait être limité par la température de jonction de l'unité ou la zone de fonctionnement en toute sécurité.
Par conséquent, assurez-vous de tenir compte de ces scénarios lors de la mise en œuvre d'un IGBT. Les paramètres, le courant du collecteur et la dissipation du collecteur sont généralement désignés comme les valeurs nominales maximales de l'appareil.
Zone de fonctionnement sûre
Il est important de configurer la disposition du circuit pour s'assurer que la trajectoire de commutation de l'appareil pendant ON et OFF est toujours dans la SOA tolérable (Figure 4).
La SOA d'un IGBT consiste en une SOA à polarisation directe et une SOA à polarisation inverse, cependant, étant donné que la plage de valeurs particulière peut différer conformément aux spécifications de l'appareil, il est conseillé aux utilisateurs de vérifier les faits équivalents dans la fiche technique.
Zone de fonctionnement sûre de polarisation avant
La figure 5 illustre la zone de fonctionnement de sécurité de polarisation directe (FBSOA) de l'IGBT RBN50H65T1FPQ.
La SOA est divisée en 4 régions en fonction de limitations particulières, comme indiqué ci-dessous:
- Zone limitée par le CI de courant d'impulsion de collecteur le plus élevé (crête).
- Zone limitée par la région de dissipation du capteur
- Zone limitée par la panne secondaire. Rappelez-vous que ce type de dysfonctionnement réduit la zone de fonctionnement sûre d'un IGBT, sauf lorsque l'appareil présente une marge de panne secondaire.
- Zone limitée par le collecteur maximum à la tension de l'émetteur VCES.
Zone de fonctionnement sûre de polarisation inverse
La figure 6 montre la zone de fonctionnement sûre de polarisation inverse (RBSOA) de l'IGBT RBN50H65T1FPQ.
Cette caractéristique particulière fonctionne conformément à la polarisation inverse SOA du transistor bipolaire.
Chaque fois qu'une polarisation inverse, qui ne comprend aucune polarisation, est fournie à travers la grille et l'émetteur de l'IGBT pendant sa période de coupure pour une charge inductive, nous trouvons une haute tension délivrée au collecteur-émetteur de l'IGBT.
Simultanément, un courant important se déplace constamment en raison du trou résiduel.
Cela dit, dans ce fonctionnement, la SOA de polarisation directe ne peut pas être utilisée, tandis que la SOA de polarisation inverse peut être utilisée.
Le biais inverse SOA est divisé en 2 zones restreintes, comme expliqué dans les points suivants la zone est finalement établie en validant les procédures de fonctionnement réel de l'IGBT.
- Zone limitée par le courant de crête maximal du collecteur Ic (crête).
- Zone limitée par la tension nominale maximale de claquage du collecteur-émetteur VCES. Notez que l'IGBT peut être endommagé si une trajectoire de fonctionnement VCEIC spécifiée s'écarte des spécifications SOA de l'appareil.
D'où, lors de la conception d'un circuit basé sur IGBT , il faut s'assurer que la dissipation et les autres problèmes de performance sont conformes aux limites recommandées, et que les caractéristiques spécifiques et les constantes de panne de circuit pertinentes pour la tolérance de panne doivent également être prises en compte.
Par exemple, la polarisation inverse SOA porte une caractéristique de température qui plonge à des températures extrêmes, et le lieu de fonctionnement VCE / IC se déplace en fonction de la résistance de grille Rg de l'IGBT et de la tension de grille VGE.
C'est pourquoi, il est essentiel de déterminer les paramètres Rg et VGE par rapport à l'écosystème de travail et la valeur de résistance de grille la plus basse pendant les périodes de coupure.
De plus, un circuit d'amortissement pourrait être utile pour contrôler le dv / dt VCE.
Caractéristiques statiques
La figure 7 indique les caractéristiques de sortie de l'IGBT RBN40H125S1FPQ. L'image représente la tension collecteur-émetteur tandis que le courant du collecteur passe dans une situation de tension de grille aléatoire.
La tension collecteur-émetteur, qui a un impact sur l'efficacité de traitement du courant et la perte pendant la condition de mise en marche, varie en fonction de la tension de grille et de la température corporelle.
Tous ces paramètres doivent être pris en compte lors de la conception d'un circuit pilote IGBT.
Le courant monte chaque fois que VCE atteint les valeurs de 0,7 à 0,8 V, bien que cela soit dû à la tension directe de la jonction PN collecteur-émetteur PN.
La figure 8 montre la tension de saturation collecteur-émetteur en fonction des caractéristiques de tension de grille de l'IGBt RBN40H125S1FPQ.
Essentiellement, VCE (sat) commence à chuter lorsque la tension grille-émetteur VGE augmente, bien que le changement soit nominal alors que VGE = 15 V ou plus. Par conséquent, il est conseillé de travailler avec une tension de grille / émetteur VGE d'environ 15 V, dans la mesure du possible.
La figure 9 présente les caractéristiques du courant de collecteur en fonction de la tension de grille de l'IGBT RBN40H125S1FPQ.
Les caractéristiques IC / VGE sont basées sur les changements de température, cependant la région de tension de grille basse vers le point d'intersection a tendance à être un coefficient de température négatif, tandis que la région de tension de grille élevée signifie des coefficients de température positifs.
Étant donné que les IGBT de puissance généreront de la chaleur pendant leur fonctionnement, il est en fait plus avantageux de faire particulièrement attention à la région du coefficient de température positif. lorsque les appareils fonctionnent en parallèle .
Le condition de tension de grille recommandée en utilisant VGE = 15 V présente les caractéristiques de température positives.
Les figures 10 et 11 montrent comment les performances de la tension de saturation collecteur-émetteur, ainsi que la tension de seuil de grille
d'un IGBT dépendent de la température.
En raison du fait que la tension de saturation collecteur-émetteur présente des caractéristiques de coefficient de température positives, il n'est pas facile pour le courant de passer pendant que le fonctionnement IGBT dissipe une quantité élevée de température, ce qui devient responsable du blocage du courant effectif pendant le fonctionnement IGBT en parallèle.
Au contraire, le fonctionnement de la tension de seuil grille-émetteur repose sur des caractéristiques de température négatives.
Lors d'une dissipation thermique élevée, la tension de seuil diminue, provoquant une plus grande possibilité de dysfonctionnement de l'appareil résultant de la génération de bruit.
Par conséquent, des tests attentifs, centrés sur les caractéristiques spécifiées ci-dessus, peuvent être cruciaux.
Caractéristiques de capacité de porte
Caractéristiques de charge: La figure 12 montre les caractéristiques de charge de grille d'un dispositif IGBT stable.
Les caractéristiques de la porte IGBT sont essentiellement en ligne avec les mêmes principes appliqués pour les MOSFET de puissance et fournissent comme variables qui décident du courant d'entraînement de l'appareil et de la dissipation du variateur.
La figure 13 montre la courbe caractéristique, divisée en périodes 1 à 3.
Les procédures de travail liées à chaque période sont expliquées ci-dessous.
Période 1: La tension de grille est élevée jusqu'à la tension de seuil où le courant commence juste à circuler.
La section ascendante de VGE = 0V est la partie responsable de la charge de la capacité grille-émetteur Cge.
Période 2: Pendant que la transition de la région active à la région de saturation se produit, la tension collecteur-émetteur commence à changer et la capacité grille-collecteur Cgc se charge.
Cette période particulière s'accompagne d'une augmentation notable de la capacité en raison de l'effet miroir, qui fait que la VGE devient constante.
D'autre part, lorsqu'un IGBT est entièrement à l'état ON, le changement de tension aux bornes du collecteur-émetteur (VCE) et l'effet miroir disparaissent.
Période 3: Dans cette période particulière, l'IGBT entre dans un état complètement saturé et le VCE ne montre aucun changement. Or, la tension grille-émetteur VGE commence à augmenter avec le temps.
Comment déterminer le courant d'entraînement de porte
Le courant d'attaque de la porte IGBT dépend de la résistance série interne de la grille Rg, de la résistance de la source de signal Rs du circuit d'attaque, de l'élément rg qui est la résistance interne de l'appareil et de la tension d'attaque VGE (ON).
Le courant d'entraînement du portail est calculé à l'aide de la formule suivante.
IG (pic) = VGE (activé) / Rg + Rs + rg
En gardant ce qui précède à l'esprit, l'IGBT le circuit de sortie du pilote doit être créé en garantissant un potentiel de commande de courant équivalent ou supérieur à IG (crête).
Typiquement, le courant de crête se trouve être plus petit que la valeur déterminée en utilisant la formule, en raison du retard impliqué dans un circuit d'attaque et également du retard dans la montée dIG / dt du courant de grille.
Celles-ci peuvent survenir en raison d'aspects tels que l'inductance de câblage du circuit de commande au point de connexion de porte du dispositif IGBT.
De plus, les propriétés de commutation pour chaque activation et désactivation peuvent dépendre énormément de Rg.
Cela peut éventuellement avoir un impact sur le temps de commutation et les déficits de commutation. Il est crucial de choisir un Rg approprié par rapport aux caractéristiques de l'appareil en cours d'utilisation.
Calcul de la perte de disque
Les pertes survenant dans le circuit d'attaque IGBT peuvent être décrites par la formule ci-dessous si toutes les pertes développées à partir du circuit d'attaque sont absorbées par les facteurs de résistance décrits ci-dessus. ( F indique la fréquence de découpage).
P (perte d'entraînement) = VGE (activé) × Qg × f
Caractéristiques de commutation
Étant donné que l'IGBT est un composant de commutation, sa vitesse de mise en marche et d'arrêt fait partie des principaux facteurs ayant un impact sur son efficacité de fonctionnement (perte).
La figure 16 montre le circuit qui peut être utilisé pour mesurer la commutation de charge d'inductance d'un IGBT.
Etant donné que la pince de diode est branchée en parallèle à la charge inductive L, le retard d’activation de l’IGBT (ou la perte d’activation) est généralement affecté par les caractéristiques de temps de récupération de la diode.
Temps de commutation
Le temps de commutation d'un IGBT, tel qu'affiché sur la Figure 17, peut être classé en 4 périodes de mesure.
Du fait que l'heure change radicalement pour chaque période en ce qui concerne les situations Tj, IC, VCE, VGE et Rg, cette période est évaluée avec les conditions décrites ci-dessous.
- td (on) (délai d'activation) : Le moment à partir duquel la tension grille-émetteur s'étend à 10% de la tension de polarisation directe jusqu'à un niveau jusqu'à ce que le courant du collecteur augmente à 10%.
- tr (temps de montée) : Le moment à partir duquel le courant du collecteur augmente de 10% à 90%.
- td (off) (délai de désactivation) : Le moment à partir duquel la tension grille-émetteur atteint 90% de la tension de polarisation directe jusqu'à un niveau jusqu'à ce que le courant du collecteur chute à 90%.
- tf (temps de chute) : Le moment à partir duquel le courant du collecteur passe de 90% à 10%.
- ttail (temps de queue) : La période d'arrêt de l'IGBT se compose d'un temps de queue (ttail). Cela peut être défini comme le temps consommé par les porteurs excédentaires restants du côté collecteur de l'IGBT pour reculer par recombinaison malgré l'arrêt de l'IGBT et l'augmentation de la tension collecteur-émetteur.
Caractéristiques de la diode intégrée
Contrairement aux MOSFET de puissance, le IGBT n'implique pas de diode parasite .
En conséquence, un IGBT intégré qui est livré avec une puce à diode de récupération rapide (FRD) préinstallée est utilisé pour le contrôle de la charge d'inductance dans les moteurs et les applications identiques.
Dans ces types d'équipement, l'efficacité de fonctionnement de l'IGBT et de la diode préinstallée a un impact significatif sur l'efficacité de fonctionnement de l'équipement et la génération d'interférences sonores.
De plus, la récupération inverse et les qualités de tension directe sont des paramètres cruciaux liés à la diode intégrée.
Caractéristiques de récupération inversée de la diode intégrée
Les porteurs minoritaires concentrés sont déchargés pendant l'état de commutation juste quand le courant direct passe par la diode jusqu'à ce que l'état d'élément inverse soit atteint.
Le temps nécessaire pour que ces porteurs minoritaires soient complètement libérés est connu comme le temps de récupération inverse (trr).
Le courant opérationnel impliqué tout au long de cette période est appelé courant de récupération inverse (Irr), et la valeur intégrale de ces deux intervalles est appelée charge de récupération inverse (Qrr).
Qrr = 1/2 (Irr x trr)
Considérant que la période de temps trr est court-circuitée de manière équivalente, cela implique une perte énorme.
De plus, cela limite la fréquence tout au long du processus de commutation. Dans l'ensemble, un trr rapide et un Irr réduit (Qrris petit) sont jugés optimaux.
Ces qualités dépendent fortement du courant de polarisation directe IF, diF / dt et de la température de jonction Tj de l'IGBT.
D'autre part, si trr devient plus rapide, di / dt se traduit par une plus forte pente autour de la période de récupération, comme cela se produit avec la tension collecteur-émetteur correspondante dv / dt, ce qui entraîne une augmentation de la propension à générer du bruit.
Voici les exemples qui fournissent les moyens par lesquels la génération de bruit peut être contrée.
- Diminuer diF / dt (réduire le temps d'activation de l'IGBT).
- Incluez un condensateur d'amortissement entre le collecteur et l'émetteur de l'appareil pour minimiser la tension dv / dt du collecteur-émetteur.
- Remplacez la diode intégrée par une diode de récupération douce.
La propriété de récupération inverse dépend de manière significative de la capacité de tolérance tension / courant de l'appareil.
Cette fonctionnalité pourrait être améliorée en utilisant la gestion de la durée de vie, une diffusion métallique importante et diverses autres techniques.
Caractéristiques de tension directe de la diode intégrée
La figure 19 présente les caractéristiques de sortie d'une diode intégrée d'un IGBT standard.
La tension directe de diode VF signifie une tension décroissante produite lorsque le courant IF à travers la diode passe dans le sens de la chute de tension directe de la diode.
Étant donné que cette caractéristique peut entraîner une perte de puissance au cours de la génération de contre-électromoteur (diode de roue libre) dans les applications de moteur ou d'induction, il est recommandé de sélectionner un VF plus petit.
De plus, comme illustré sur la figure 19, les caractéristiques de coefficient de température positive et négative sont déterminées par l'amplitude du courant direct de la diode IF.
Caractéristiques de résistance thermique
La figure 20 illustre les caractéristiques de résistance de l'IGBT aux transitoires thermiques et à la diode intégrée.
Cette caractéristique est utilisée pour déterminer la température de jonction Tj de l'IGBT. La largeur d'impulsion (PW) représentée sur l'axe horizontal signifie le temps de commutation, qui définit l'impulsion unique d'un coup et les résultats des opérations répétitives.
Par exemple, PW = 1 ms et D = 0,2 (rapport cyclique = 20%) signifie que la fréquence de répétition est de 200 Hz puisque la période de répétition est T = 5 ms.
Si l'on imagine PW = 1ms et D = 0,2, et la puissance de dissipation Pd = 60W, il est possible de déterminer l'augmentation de la température de jonction IGBT ΔTj de la manière suivante:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2
Caractéristiques de court-circuit de charge
Applications qui nécessitent des circuits de commutation IGBT pontés comme les onduleurs, un circuit de protection contre les courts-circuits (surintensité) devient impératif pour résister et se protéger contre les dommages pendant le temps jusqu'à ce que la tension de grille IGBT soit désactivée, même dans une situation de court-circuit de sortie de l'unité .
Les figures 21 et 22 indiquent le temps de palier de court-circuit et la capacité de gestion du courant de court-circuit de l'IGBT RBN40H125S1FPQ.
Cette capacité de tenue aux courts-circuits d'un IGBT est couramment exprimée en fonction du temps tSC.
Cette capacité de résistance est déterminée principalement en fonction de la tension grille-émetteur de l'IGBT, de la température corporelle et de la tension d'alimentation.
Cela doit être pris en compte lors de la conception d'une conception de circuit IGBT à pont en H critique.
Assurez-vous également d'opter pour un appareil IGBT de qualité optimale en fonction des paramètres suivants.
- Tension porte-émetteur VGE : Avec une augmentation de la tension de grille, le courant de court-circuit augmente également et la capacité de traitement du courant de l'appareil diminue.
- Température du boîtier : Avec une augmentation de la température du boîtier ΔTj de l'IGBT, la capacité de résistance au courant diminue, jusqu'à ce que l'appareil atteigne la situation de panne. Tension d'alimentation
- VCC: Lorsque la tension d'alimentation d'entrée vers le dispositif augmente, le courant de court-circuit augmente également, ce qui entraîne une détérioration de la capacité de tenue au courant du dispositif.
En outre, au moment où le circuit de protection contre les courts-circuits ou les surcharges détecte le courant de court-circuit et coupe la tension de grille, le courant de court-circuit est en fait incroyablement grand que l'amplitude du courant de fonctionnement standard de l'IGBT.
Pendant le processus de mise hors tension avec ce courant substantiel utilisant la résistance de grille standard Rg, cela pourrait provoquer le développement d'une forte surtension, dépassant la valeur nominale de l'IGBT.
Pour cette raison, vous devez sélectionner de manière appropriée la résistance de grille IGBT adaptée pour lutter contre les conditions de court-circuit, ayant au moins 10 fois plus de valeur de résistance de grille normale (tout en restant à l'intérieur de la valeur SOA de polarisation directe).
Ceci permet de contrecarrer la génération de surtension à travers les ledas collecteur-émetteur de l'IGBT pendant les périodes où le courant de court-circuit est coupé.
De plus, le temps de tenue aux courts-circuits tSC peut provoquer une distribution de la surtension sur les autres dispositifs associés.
Il faut veiller à garantir une marge adéquate d'au moins 2 fois le délai standard nécessaire pour que le circuit de protection contre les courts-circuits commence à fonctionner.
Température de jonction maximale Tjmax pour 175 ℃
La valeur nominale maximale absolue pour la température de jonction Tj de la plupart des dispositifs à semi-conducteurs est de 150 ℃, mais Tjmax = 175 ℃ est définie conformément aux exigences des dispositifs de nouvelle génération afin de résister aux spécifications de température accrues.
.
Le tableau 3 présente un bon exemple des conditions de test pour l'IGBT RBN40H125S1FPQ qui est conçu pour résister à 175 ℃ tout en fonctionnant à des températures de boîtier élevées.
Afin de garantir un fonctionnement efficace à Tjmax = 175 ℃, de nombreux paramètres du test de cohérence standard à 150 ℃ ont été améliorés et une vérification opérationnelle effectuée.
Cela dit, les terrains de test varient en fonction des spécifications de l'appareil.
Assurez-vous de valider les données de fiabilité liées à l'appareil que vous pourriez appliquer, pour plus d'informations.
De même, rappelez-vous que la valeur Tjmax n'est pas seulement une restriction pour un fonctionnement constant, mais aussi une spécification pour la réglementation qui ne devrait pas être dépassée même pour un instant.
La sécurité contre la dissipation de température élevée, même pendant un bref instant pour un IGBT, lors de la commutation ON / OFF doit être strictement prise en compte.
Assurez-vous de travailler avec IGBT dans un environnement qui ne dépasse en aucun cas la température maximale du boîtier de panne de Tj = 175 ℃.
Pertes IGBT
Perte de conduction: Lors de l'alimentation d'une charge inductive via un IGBT, les pertes encourues sont essentiellement classées en perte de conduction et perte de commutation.
La perte qui se produit dès que l'IGBT est complètement allumé est appelée perte de conduction, tandis que la perte qui se produit pendant le temps de commutation de l'IGBT de ON à OFF ou OFF à ON est appelée perte de commutation.
En raison du fait, la perte dépend de la mise en œuvre de la tension et du courant comme démontré dans la formule ci-dessous, la perte survient à la suite de l'impact de la tension de saturation collecteur-émetteur VCE (sat), même lorsque l'appareil est conducteur.
La VCE (sat) doit être minimale, car la perte peut entraîner une génération de chaleur dans l'IGBT.
Perte (P) = tension (V) × courant (I)
Perte à la mise sous tension: P (allumer) = VCE (sat) × IC
Perte de commutation: Comme la perte IGBT peut être difficile à estimer en utilisant le temps de commutation, des tableaux de référence sont incorporés dans les fiches techniques pertinentes pour aider les concepteurs de circuits à déterminer la perte de commutation.
La figure 24 ci-dessous montre les caractéristiques de perte de commutation pour l'IGBT RBN40H125S1FPQ.
Les facteurs Eon et Eoff sont fortement influencés par le courant du collecteur, la résistance de grille et la température de fonctionnement.
Eon (perte d'énergie à l'allumage)
Le volume de perte développé pendant le processus de mise en marche de l'IGBT pour une charge inductive, ainsi que la perte de récupération lors de la récupération inverse de la diode.
Eon est calculé à partir du moment où la tension de grille est alimentée à l'IGBT et le courant du collecteur commence à voyager, jusqu'au moment où l'IGBT est complètement passé à l'état activé
Eoff (perte d'énergie d'arrêt
Il s'agit de l'ampleur de la perte résultant de la période de coupure des charges inductives, qui comprend le courant de queue.
Eoff est mesuré à partir du point où le courant de grille est juste coupé et la tension collecteur-émetteur commence à grimper, jusqu'au moment où l'IGBT atteint un état de désactivation complet.
Résumé
Le dispositif à transistor bipolaire à grille isolée (IGTB) est un type de dispositif à semi-conducteur de puissance à trois bornes qui est essentiellement utilisé comme commutateur électronique et est également connu pour fournir une combinaison de commutation extrêmement rapide et de rendement élevé dans les dispositifs les plus récents.
IGBT pour les applications à courant élevé
Une gamme d'appareils modernes tels que les VFD (Vaiable Frequency Drives), les VSF (réfrigérateurs à vitesse variable), les trains, les systèmes stéréo avec amplificateurs de commutation, les voitures électriques et les climatiseurs utilisent un transistor bipolaire à grille isolée pour la commutation de l'alimentation électrique.
Symbole du mode de déplétion IGBT
Dans le cas où les amplificateurs utilisent un transistor bipolaire à grille isolée, synthétisent souvent des formes d'onde de nature complexe, ainsi que des filtres passe-bas et une modulation de largeur d'impulsion, car les transistors bipolaires à grille isolée sont essentiellement conçus pour s'allumer et s'éteindre à un rythme rapide et rapide.
Les taux de répétition des impulsions sont vantés par les appareils modernes qui consistent en une application de commutation et se situent bien dans la gamme des ultrasons qui sont les fréquences dix fois plus élevées que la fréquence audio la plus élevée gérée par l'appareil lorsque les appareils sont utilisés sous la forme d'un amplificateur audio analogique.
Les MOSFET constitués d'un courant élevé et des caractéristiques d'une simple commande de grille sont combinés avec les transistors bipolaires qui ont une faible capacité de tension de saturation par l'IGTB.
Les IGBT sont une combinaison de BJT et de Mosfet
Un seul dispositif est réalisé par IGBT en combinant le transistor de puissance bipolaire qui agit comme un interrupteur et un FET à grille isolée qui agit comme l'entrée de commande.
Le transistor bipolaire à grille isolée (IGTB) est principalement utilisé dans les applications qui se composent de plusieurs appareils qui sont placés en parallèle les uns aux autres et qui ont la plupart du temps une capacité de gérer des courants très élevés de l'ordre de centaines d'ampères avec une tension de blocage de 6000 V, qui à son tour est égale à des centaines de kilowatts, utilise une puissance moyenne à élevée telle que le chauffage par induction, les alimentations à découpage et la commande du moteur de traction. Transistors bipolaires à grille isolée de grande taille.
Les IGBT sont les transistors les plus avancés
Le transistor bipolaire à grille isolée (IGTB) est une invention nouvelle et récente de l'époque.
Les appareils de première génération qui ont été inventés et lancés dans les années 1980 et les premières années des années 1990 se sont avérés avoir un processus de commutation relativement lent et sont sujets à l'échec par différents modes tels que le verrouillage (où l'appareil continuera à être allumé et ne s'allumera pas. jusqu'à ce que le courant continue à circuler dans l'appareil) et une panne secondaire (lorsque un courant élevé circule dans l'appareil, un point chaud localisé présent dans l'appareil entre en emballement thermique et, par conséquent, brûle l'appareil).
Il y a eu beaucoup d'amélioration observée dans les appareils de deuxième génération et la plupart des nouveaux appareils du bloc, les appareils de troisième génération sont considérés comme encore meilleurs que les appareils de première génération de remorquage.
Les nouveaux Mosfets sont en concurrence avec les IGBT
Les appareils de troisième génération sont constitués de MOSFET avec une vitesse rivale, une tolérance et une robustesse d'un excellent niveau.
Les dispositifs de deuxième et troisième génération se composent de valeurs d'impulsions extrêmement élevées qui les rendent très utiles pour générer des impulsions de puissance importantes dans divers domaines tels que la physique des plasmas et les particules.
Ainsi, les appareils de deuxième et troisième génération ont remplacé presque tous les appareils plus anciens tels que les éclateurs déclenchés et les thyratrons utilisés dans ces domaines de la physique des plasmas et des particules.
Ces appareils attirent également les amateurs de haute tension en raison de leurs propriétés d'impulsions élevées et de leur disponibilité sur le marché à des prix bas.
Cela permet à l'amateur de contrôler d'énormes quantités d'énergie afin de piloter des appareils tels que des coil-gums et des bobines Tesla.
Les transistors bipolaires à grille isolée sont disponibles à des prix abordables et agissent donc comme un catalyseur important pour les voitures hybrides et les véhicules électriques.
Courtoisie: Renesas
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