Modernūs izoliuoti vartų bipoliniai tranzistoriai (Igbts) dažniausiai naudojami kaip įtampos kontroliuojamas bipolinis įtaisas, turintis metalo oksido puslaidininkių (MOS) panašias įėjimo charakteristikas ir bipolines išėjimo ypatybes. Įvedus IGBT, elektronikos inžinieriams buvo suteikta elektronikos inžinierių tiek „Power MOS“ lauko efekto tranzistoriaus (MOSFET), tiek mažo signalo bipolinio tranzistoriaus (BJT) pranašumai kaip vienas aparatūros gabalas, sujungiantis galios MOSFET ir BJT komponentų funkcionalumą. Struktūra sujungia paprastas „Mosfets“ vartų pavaros charakteristikas su bipolinių tranzistorių didelės srovės ir mažai įtampos įtampos galimybėmis.
Terminas „izoliuoti vartai“ apibūdina didelę MOSFET įvesties įvesties varžą, nes jis naudoja įtampą jo vartų gnybte, o ne išoriniame tiekime. Terminas „bipolinė“ apibūdina BJT išvesties sritį, kur srovė teka per du krūvio nešiklius: elektronus ir skylutes. Dėl šios priežasties jis gali valdyti milžiniškas sroves ir įtampas, turinčias tik nedidelę signalo įtampą. IGBT yra įtampos kontroliuojamas įtaisas dėl jo hibridinės konstrukcijos.
IGBT vertė galios elektronikoje
Galios elektronika yra plačiai naudojama IGBT, ypač esant impulsų pločio moduliacijai (PWM) servo ir trijų fazių diskams, kurie reikalauja tiksliai valdyti įvairius greičius, turinčius minimalų foninį triukšmą. Šie įrenginiai taip pat gali būti naudojami maitinimo grandinėse, kuriose reikia dažnai perjungti, pavyzdžiui, nepertraukiamą maitinimo šaltinį (UPS) ir perjungimo režimo maitinimo šaltinio (SMPS) sistemas.IGBTpadidina efektyvumą ir sumažina triukšmą, todėl tai yra dinamiškesnis atlikėjas keitiklių grandinėse automobiliuose ir sunkvežimiuose, taip pat pramoniniuose varikliuose ir buitiniuose prietaisuose, tokiuose kaip oro kondicionieriai ir šaldytuvai.
Be to, IGBT taip pat dažniausiai naudojami atsinaujinančios energijos sistemose, tokiose kaip saulės ir vėjo jėgainių keitikliai, kur jie padeda efektyviai paversti nuolatinės srovės energiją į kintamos srovės galią, skirtą naudoti namuose ir įmonėse. Jie gali valdyti aukštą įtampą ir dabartinį lygį, todėl jie yra idealūs šioms reikmėms. Ši technologija taip pat veikia rezonansinio režimo keitiklio grandinėse ir indukcinėse viryklėse. Komerciniu požiūriu IGBT yra mažos perjungimo ir laidumo nuostolių.
Įprastas IGBTS naudojimas
Paimkime sukeliančios šildymo grandinės pavyzdį. Nulinės įtampos perjungimas arba nulinės srovės perjungimas naudojamas indukcijoje šildyme, kad būtų sumažintas perjungimo nuostoliai. Dėl didelės rezonanso įtampos ar srovės dažnai teikiama pirmenybė IGBTS kaip jungiklis. Ypač indukcinės mikrobangų krosnelės, indukcinės ryžių viryklės ir kiti indukciniai virimo prietaisai yra įmanomi dėl IGBT naudojimo. Panašiai UPS sistemose IGBT yra tiek vidutinės, tiek didelės (kelios KVA ar didesnės talpos) tipų, kurie prisideda prie erdvės taupymo ir didelio efektyvumo.
Kitas pavyzdys yra įtampos šaltinio keitiklis (VSC). IGBT turi aukštą įtampą ir dabartinius reitingus, o tai leidžia kontroliuoti ir lanksčiau, kurio negalima pasiekti tiristoriams. Jų naudojimas palaiko daugiakampių nuolatinės srovės linijų įgyvendinimą, o sunkumus filtruoti dabartinę harmoniką keitiklio kintamajame kintamajame pusėje sumažinamas naudojant PWM ir daugiasluoksnio keitiklio metodus. Kadangi aukštos įtampos nuolatinė srovė (HVDC), naudojanti VSC, tampa vis labiau paplitusi esant aukštesnei įtampai ir srovėms dėl negailestingo IGBT tobulėjimo, DC linijos tampa patrauklesnė trumpesnių linijų alternatyva, nes jos leidžia geriau kontroliuoti srauto maršrutus tinklelyje.
IGBT pranašumai, palyginti su BJT ir MOSFET
Laidumo moduliacija lemia ypač mažą būsenos įtampos kritimą ir didelį būsenos srovės tankį. Tai leidžia sumažinti lusto dydį ir kainą.
Įvesties „MOS Gate“ išdėstymas suteikia mažai vairavimo galios galimybių ir tiesmukišką pavaros grandinę. Aukštos srovės ir įtampos pritaikymuose tai leidžia paprasčiau reguliuoti nei dabartiniai valdomi įrenginiai.
Didelė saugi operacinė zona. Palyginus su bipoliniu tranzistoriumi, jis yra daug geriau atliekamas ir įrodo, kad tiek į priekį, tiek atvirkštinėje blokavimo galimybėje yra pranašesnis.
Išvada
IGBT yra įtampos kontroliuojami bipoliniai įtaisai, turintys MOS tipo įvesties charakteristikas ir bipolines išėjimo ypatybes, naudojamas galios elektronikos grandinėse, tokiose kaip keitikliai, UPS, VSC ir sukeliančios šildymo grandines. Komerciniu požiūriu IGBT turi mažus perjungimo ir laidumo nuostolius ir suteikia daug pranašumų, palyginti su BJT ir MOSFET, pavyzdžiui, mažu įtampos kritimu, dideliu būsenos srovės tankiu, maža vairavimo galia, paprastesnis reguliavimas, didelė saugi operacinė zona ir puikios priekinės ir atvirkštinės blokavimo galimybės. Be to, IGBTS greitai keičiasi ir gali valdyti aukštą galios lygį, todėl jie idealiai tinka naudoti elektronikos programose, tokiose kaip HVDC perdavimo sistemos.