IGBT steht für Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Leistungshalbleiter, der die Merkmale eines MOSFETs Hochgeschwindigkeits-, spannungsabhängiges Gate-Schalten und die Eigenschaften des minimalen EIN-Widerstands (niedrige Sättigungsspannung) von a BJT .
1 zeigt eine IGBT-Ersatzschaltung, bei der ein Bipolartransistor mit einem MOS-Gate-Architekten zusammenarbeitet, während die ähnliche IGBT-Schaltung tatsächlich eine Mischung aus einem MOS-Transistor und einem Bipolartransistor ist.
IGBTs, die eine schnelle Schaltgeschwindigkeit bei minimalen Sättigungsspannungseigenschaften versprechen, werden in einem weiten Bereich eingesetzt, von kommerziellen Anwendungen wie in Solarenergie-Kabelbäumen und unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV) bis hin zu Bereichen der Unterhaltungselektronik wie der Temperaturregelung für Induktionsheizkochfelder , PFC-Klimaanlagen, Wechselrichter und Digitalkamera-Stroboskope.
Abbildung 2 zeigt eine Auswertung zwischen internen Layouts und Attributen von IGBT, Bipolartransistor und MOSFET. Das Grundgerüst des IGBT ist das gleiche wie das eines MOSFET mit einer p + -Schicht, die in den Drain- (Kollektor-) Abschnitt eingebracht ist, und einem zusätzlichen pn-Übergang.
Aus diesem Grund wird der Widerstand der n-Schicht dramatisch verringert, wenn Minoritätsträger (Löcher) dazu neigen, mit Leitfähigkeitsmodulation durch die p + -Schicht auf die n-Schicht eingefügt zu werden.
Folglich bietet der IGBT eine reduzierte Sättigungsspannung (kleinerer EIN-Widerstand) im Vergleich zu einem MOSFET bei Bewältigung eines großen Stroms, wodurch minimale Leitungsverluste ermöglicht werden.
In Anbetracht dessen, dass für den Ausgangsströmungsweg von Löchern die Ansammlung von Minoritätsträgern in den Ausschaltperioden aufgrund des speziellen IGBT-Designs verboten ist.
Diese Situation führt zu einem Phänomen, das als bekannt ist Schwanzstrom , wobei das Ausschalten verlangsamt wird. Wenn sich ein Endstrom entwickelt, wird die Schaltperiode verzögert und verspätet, mehr als die eines MOSFET, was zu einer Erhöhung der Schaltzeitverluste während der IGBT-Ausschaltperioden führt.
absolut beste Bewertungen
Absolute Höchstspezifikationen sind die Werte, die zur Gewährleistung einer sicheren und einwandfreien Anwendung von IGBT festgelegt wurden.
Wenn Sie diese angegebenen absoluten Maximalwerte auch nur vorübergehend überschreiten, kann dies zur Zerstörung oder zum Ausfall des Geräts führen. Stellen Sie daher sicher, dass Sie mit IGBTs innerhalb der unten angegebenen maximal tolerierbaren Werte arbeiten.
Einblicke in die Anwendung
Selbst wenn die empfohlenen Anwendungsparameter wie Arbeitstemperatur / Strom / Spannung usw. innerhalb der absoluten Maximalwerte gehalten werden, falls der IGBT häufig einer übermäßigen Belastung ausgesetzt ist (extreme Temperatur, große Strom- / Spannungsversorgung, extreme Temperaturschwankungen usw.), Die Haltbarkeit des Geräts kann stark beeinträchtigt werden.
Elektrische Eigenschaften
Die folgenden Daten informieren uns über die verschiedenen Terminologien und Parameter von IGBT, die normalerweise verwendet werden, um die Funktionsweise eines IGBT im Detail zu erklären und zu verstehen.
Kollektorstrom, Kollektorableitung : Abbildung 3 zeigt die Wellenform der Kollektordissipationstemperatur des IGBT RBN40H125S1FPQ. Die maximal tolerierbare Kollektordissipation wird für verschiedene Gehäusetemperaturen angezeigt.
Die unten gezeigte Formel wird in Situationen angewendet, in denen die Umgebungstemperatur TC = 25 Grad Celsius oder mehr ist.
Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)
Für Bedingungen, bei denen die Umgebungstemperatur TC = 25 ° C oder weniger beträgt, wird die IGBT-Kollektordissipation entsprechend ihrer absoluten Maximalleistung angewendet.
Die Formel zur Berechnung des Kollektorstroms eines IGBT lautet:
Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)
Das Obige ist jedoch die allgemeine Formel, es handelt sich lediglich um eine temperaturabhängige Berechnung der Vorrichtung.
Der Kollektorstrom von IGBTs wird durch ihre Kollektor / Emitter-Sättigungsspannung VCE (sat) und auch in Abhängigkeit von ihren Strom- und Temperaturbedingungen bestimmt.
Zusätzlich wird der Kollektorstrom (Peak) eines IGBT durch die Strommenge definiert, die er verarbeiten kann, was wiederum von der Art und Weise seiner Installation und seiner Zuverlässigkeit abhängt.
Aus diesem Grund wird Benutzern empfohlen, die maximal tolerierbare Grenze von IGBTs niemals zu überschreiten, während sie in einer bestimmten Schaltungsanwendung verwendet werden.
Selbst wenn der Kollektorstrom unter der maximalen Nennleistung des Geräts liegt, kann er durch die Sperrschichttemperatur des Geräts oder den sicheren Betriebsbereich eingeschränkt werden.
Stellen Sie daher sicher, dass Sie diese Szenarien bei der Implementierung eines IGBT berücksichtigen. Sowohl die Parameter Kollektorstrom als auch die Kollektorableitung werden normalerweise als maximale Nennwerte des Geräts bezeichnet.
Sicherer Betriebsbereich
Das Die SOA eines IGBT besteht aus einer SOA mit Vorwärtsvorspannung und einer SOA mit Rückwärtsvorspannung. Da sich der jeweilige Wertebereich jedoch gemäß den Gerätespezifikationen unterscheiden kann, wird den Benutzern empfohlen, die im Datenblatt entsprechenden Fakten zu überprüfen. Fig. 5 zeigt den Vorwärtsvorspannungs-sicheren Betriebsbereich (FBSOA) des IGBT RBN50H65T1FPQ. Die SOA ist abhängig von bestimmten Einschränkungen in 4 Regionen unterteilt, wie unten beschrieben: Abbildung 6 zeigt den RBSOA (Reverse Bias Safe Operation Area) des IGBT RBN50H65T1FPQ. Diese besondere Eigenschaft arbeitet in Übereinstimmung mit der Sperrvorspannungs-SOA des Bipolartransistors. Immer wenn während seiner Ausschaltdauer für eine induktive Last eine Sperrvorspannung, die keine Vorspannung enthält, über das Gate und den Emitter des IGBT zugeführt wird, wird dem Kollektor-Emitter des IGBT eine hohe Spannung zugeführt. Gleichzeitig bewegt sich aufgrund des Restlochs ständig ein großer Strom. Allerdings kann bei dieser Funktion die Vorwärtsvorspannungs-SOA nicht verwendet werden, während die Rückwärtsvorspannungs-SOA verwendet werden kann. Die SOA mit umgekehrter Vorspannung ist in zwei eingeschränkte Bereiche unterteilt, wie in den folgenden Punkten erläutert wird. Schließlich wird der Bereich durch Validierung der tatsächlichen Funktionsverfahren des IGBT festgelegt. Daher, beim Entwerfen einer IGBT-basierten Schaltung Es muss sichergestellt werden, dass die Verlustleistung und andere Leistungsprobleme den empfohlenen Grenzen entsprechen, und es müssen auch die spezifischen Eigenschaften und Durchbruchkonstanten des Stromkreises berücksichtigt werden, die für die Durchschlagstoleranz relevant sind. Beispielsweise trägt die Sperrvorspannungs-SOA eine Temperaturkennlinie, die bei extremen Temperaturen abfällt, und der VCE / IC-Betriebsort verschiebt sich gemäß dem Gate-Widerstand Rg und der Gate-Spannung VGE des IGBT. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Rg- und VGE-Parameter in Bezug auf das Arbeitsökosystem und den niedrigsten Gate-Widerstandswert während der Ausschaltperioden zu bestimmen. Zusätzlich könnte eine Dämpfungsschaltung zur Steuerung des dv / dt-VCE hilfreich sein. Abbildung 7 zeigt die Ausgabeeigenschaften von IGBT RBN40H125S1FPQ. Das Bild zeigt die Kollektor-Emitter-Spannung, während der Kollektorstrom innerhalb einer zufälligen Gate-Spannungssituation fließt. Die Kollektor-Emitter-Spannung, die die Stromhandhabungseffizienz und den Verlust während des Einschaltzustands beeinflusst, variiert je nach Gate-Spannung und Körpertemperatur. Alle diese Parameter müssen beim Entwurf einer IGBT-Treiberschaltung berücksichtigt werden. Der Strom steigt immer dann an, wenn VCE die Werte von 0,7 bis 0,8 V erreicht, obwohl dies auf die Durchlassspannung des PN-Kollektor-Emitter-PN-Übergangs zurückzuführen ist. Fig. 8 zeigt die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung gegenüber den Gate-Spannungseigenschaften von IGBt RBN40H125S1FPQ. Im Wesentlichen beginnt VCE (sat) zu fallen, wenn die Gate-Emitter-Spannung VGE ansteigt, obwohl die Änderung nominal ist, während VGE = 15 V oder höher ist. Es wird daher empfohlen, nach Möglichkeit mit einer Gate / Emitter-Spannung VGE von etwa 15 V zu arbeiten. 9 zeigt die Eigenschaften des Kollektorstroms gegenüber der Gate-Spannung von IGBT RBN40H125S1FPQ. Die IC / VGE-Eigenschaften basieren auf Temperaturänderungen, jedoch ist der Bereich niedriger Gatespannung zum Schnittpunkt tendenziell ein negativer Temperaturkoeffizient, während der Bereich hoher Gatespannung positive Temperaturkoeffizienten anzeigt. In Anbetracht der Tatsache, dass Leistungs-IGBTs im Betrieb Wärme erzeugen, ist es tatsächlich vorteilhafter, insbesondere auf den Bereich des positiven Temperaturkoeffizienten zu achten wenn die Geräte parallel betrieben werden . Das Empfohlener Gate-Spannungszustand mit VGE = 15V zeigt die positiven Temperatureigenschaften. Die 10 und 11 zeigen, wie die Leistung der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung zusammen mit der Gate-Schwellenspannung ist Aufgrund der Tatsache, dass die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, ist es nicht einfach, Strom zu fließen, während der IGBT-Betrieb eine hohe Temperatur ableitet, die für das Blockieren des effektiven Stroms während des parallelen IGBT-Betriebs verantwortlich wird. Im Gegensatz dazu beruht der Betrieb der Gate-Emitter-Schwellenspannung auf negativen Temperatureigenschaften. Bei hoher Wärmeableitung fällt die Schwellenspannung nach unten, Dies führt zu einer höheren Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion des Geräts resultierend aus der Geräuschentwicklung. Daher kann ein achtsames Testen, das sich auf die oben angegebenen Merkmale konzentriert, von entscheidender Bedeutung sein. Gebührenmerkmale: Abbildung 12 zeigt die Gate-Ladungseigenschaften eines Standard-IGBT-Geräts. Die IGBT-Gate-Eigenschaften entsprechen im Wesentlichen den gleichen Prinzipien, die für Leistungs-MOSFETs angewendet werden, und liefern als Variablen, die den Ansteuerungsstrom und die Ansteuerungsdissipation des Geräts bestimmen. Abbildung 13 zeigt die Kennlinie, unterteilt in die Perioden 1 bis 3. Periode 1: Die Gate-Spannung wird auf die Schwellenspannung angehoben, bei der gerade Strom fließt. Der von VGE = 0 V aufsteigende Abschnitt ist der Teil, der für das Laden der Gate-Emitter-Kapazität Cge verantwortlich ist. Periode 2: Während der Übergang vom aktiven Bereich zum Sättigungsbereich stattfindet, beginnt sich die Kollektor-Emitter-Spannung zu ändern und die Gate-Kollektor-Kapazität Cgc wird aufgeladen. Diese spezielle Periode führt aufgrund des Spiegeleffekts zu einer merklichen Erhöhung der Kapazität, wodurch VGE konstant wird. Während sich ein IGBT vollständig im EIN-Zustand befindet, verschwinden andererseits die Spannungsänderung am Kollektor-Emitter (VCE) und der Spiegeleffekt. Periode 3: In dieser speziellen Periode gerät der IGBT in einen vollständig gesättigten Zustand und der VCE zeigt keine Änderungen. Nun beginnt die Gate-Emitter-Spannung VGE mit der Zeit anzusteigen. Der IGBT-Gate-Ansteuerstrom hängt vom internen Gate-Serienwiderstand Rg, dem Signalquellenwiderstand Rs der Treiberschaltung, dem rg-Element, das der interne Widerstand des Geräts ist, und der Ansteuerspannung VGE (ON) ab. Der Gate-Ansteuerstrom wird nach der folgenden Formel berechnet. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten sollte der IGBT der Treiberausgangsschaltung erstellt werden, um ein Stromantriebspotential sicherzustellen, das IG (Peak) entspricht oder größer als IG (Peak) ist. Typischerweise ist der Spitzenstrom aufgrund der Verzögerung, die mit einer Treiberschaltung verbunden ist, und auch der Verzögerung des dIG / dt-Anstiegs des Gate-Stroms kleiner als der unter Verwendung der Formel bestimmte Wert. Diese können aufgrund von Aspekten wie der Verdrahtungsinduktivität von der Ansteuerschaltung zum Gate-Verbindungspunkt des IGBT-Geräts auftreten. Zusätzlich können die Schalteigenschaften für jedes Ein- und Ausschalten stark von Rg abhängen. Dies kann sich möglicherweise auf die Schaltzeit und die Schaltdefizite auswirken. Es ist wichtig, eine geeignete Rg zu wählen in Bezug auf die verwendeten Geräteeigenschaften. Die in der IGBT-Treiberschaltung auftretenden Verluste können durch die unten angegebene Formel dargestellt werden, wenn alle aus der Treiberschaltung entwickelten Verluste durch die oben diskutierten Widerstandsfaktoren absorbiert werden. (( f gibt die Schaltfrequenz an). P (Antriebsverlust) = VGE (ein) × Qg × f In Anbetracht der Tatsache, dass der IGBT eine Schaltkomponente ist, ist seine EIN- und Ausschaltgeschwindigkeit einer der Hauptfaktoren, die seine Betriebseffizienz (Verlust) beeinflussen. Abbildung 16 zeigt die Schaltung, mit der das Induktivitätslastschalten eines IGBT gemessen werden kann. Da die Diodenklemme parallel zur induktiven Last L angeschlossen ist, wird die Verzögerung des IGBT-Einschaltens (oder der Einschaltverlust) normalerweise durch die Wiederherstellungszeitcharakteristik der Diode beeinflusst. Die in Abbildung 17 dargestellte Schaltzeit eines IGBT kann in 4 Messperioden eingeteilt werden. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Zeit für jeden einzelnen Zeitraum in Bezug auf Tj-, IC-, VCE-, VGE- und Rg-Situationen drastisch ändert, wird dieser Zeitraum unter den folgenden Bedingungen bewertet. Im Gegensatz zu Leistungs-MOSFETs ist die Bei IGBT handelt es sich nicht um eine parasitäre Diode . Daher wird ein integrierter IGBT, der mit einem vorinstallierten Fast Recovery Diode (FRD) -Chip geliefert wird, zur Steuerung der Induktivitätsladung in Motoren und identischen Anwendungen verwendet. Bei diesen Gerätetypen wirkt sich die Arbeitseffizienz sowohl des IGBT als auch der vorinstallierten Diode erheblich auf die Arbeitseffizienz der Geräte und die Erzeugung von Rauschstörungen aus. Darüber hinaus sind die Eigenschaften der Rückwärtswiederherstellung und der Durchlassspannung entscheidende Parameter für die eingebaute Diode. Die konzentrierten Minoritätsträger werden während des Schaltzustands gerade dann entladen, wenn der Vorwärtsstrom über die Diode fließt, bis der Rückwärtselementzustand erreicht ist. Die Zeit, die benötigt wird, um diese Minoritätsträger vollständig freizugeben, wird als Reverse Recovery Time (trr) bezeichnet. Der während dieser Zeit auftretende Betriebsstrom wird als Rückgewinnungsstrom (Irr) bezeichnet, und der Integralwert dieser beiden Intervalle wird als Rückgewinnungsladung (Qrr) bezeichnet. Qrr = 1/2 (Irr x trr) Wenn man bedenkt, dass der trr-Zeitraum äquivalent kurzgeschlossen ist, bedeutet dies einen enormen Verlust. Außerdem wird die Frequenz während des gesamten Schaltvorgangs eingeschränkt. Insgesamt wird eine schnelle trr und eine reduzierte Irr (Qrris klein) als optimal angesehen. Diese Eigenschaften hängen stark vom Vorwärtsvorspannungsstrom IF, diF / dt und der Sperrschichttemperatur Tj des IGBT ab. Wenn andererseits trr schneller wird, führt di / dt zu einer Steilheit während der Erholungsperiode, wie dies bei der entsprechenden Kollektor-Emitter-Spannung dv / dt der Fall ist, was eine Erhöhung der Neigung zur Rauscherzeugung bewirkt. Im Folgenden finden Sie Beispiele, die Möglichkeiten bieten, wie der Geräuschentwicklung entgegengewirkt werden kann. Die Eigenschaft der umgekehrten Wiederherstellung hängt wesentlich von der Spannungs- / Stromtoleranzkapazität des Geräts ab. Diese Funktion könnte durch Lebensdauerverwaltung, kräftige Metalldiffusion und verschiedene andere Techniken verbessert werden. Abbildung 19 zeigt die Ausgangseigenschaften einer eingebauten Diode eines Standard-IGBT. Die Dioden-Durchlassspannung VF bedeutet eine abnehmende Spannung, die erzeugt wird, wenn der Strom ZF durch die Diode in Richtung des Durchlassspannungsabfalls der Diode fließt. Da diese Eigenschaft im Verlauf der Gegen-EMK-Erzeugung (Freilaufdiode) bei motorischen oder induktiven Anwendungen zu Leistungsverlusten führen kann, wird die Auswahl kleinerer VF empfohlen. Zusätzlich werden, wie in Fig. 19 dargestellt, die Eigenschaften des positiven und negativen Temperaturkoeffizienten durch die Vorwärtsstromgröße IF der Diode bestimmt. Abbildung 20 zeigt die Widerstandseigenschaften des IGBT gegen thermische Transienten und integrierte Dioden. Diese Eigenschaft wird zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur Tj des IGBT verwendet. Die über der horizontalen Achse angezeigte Impulsbreite (PW) gibt die Schaltzeit an, die den Einzelimpuls und die Ergebnisse sich wiederholender Operationen definiert. Beispielsweise bedeutet PW = 1 ms und D = 0,2 (Tastverhältnis = 20%), dass die Wiederholungsfrequenz 200 Hz beträgt, da die Wiederholungsperiode T = 5 ms beträgt. Wenn wir uns PW = 1 ms und D = 0,2 und eine Verlustleistung Pd = 60 W vorstellen, ist es möglich, den Anstieg der IGBT-Sperrschichttemperatur ΔTj auf folgende Weise zu bestimmen: Bei Anwendungen, bei denen überbrückte IGBT-Schaltkreise wie Wechselrichter erforderlich sind, ist ein Kurzschlussschutzkreis (Überstromschutzschutz) unabdingbar, um während der Zeit bis zum Ausschalten der IGBT-Gate-Spannung auch bei einem Ausgangskurzschluss des Geräts Schäden zu vermeiden . Die Abbildungen 21 und 22 zeigen die Kurzschlusslagerzeit und die Kurzschlussstromhandhabungskapazität des IGBT RBN40H125S1FPQ. Diese Kurzschlussfestigkeit eines IGBT wird üblicherweise in Bezug auf die Zeit tSC ausgedrückt. Diese Widerstandsfähigkeit wird hauptsächlich auf der Grundlage der Gate-Emitter-Spannung, der Körpertemperatur und der Versorgungsspannung des IGBT bestimmt. Dies sollte beim Entwurf eines kritischen H-Brücken-IGBT-Schaltungsdesigns berücksichtigt werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie sich hinsichtlich der folgenden Parameter für ein IGBT-Gerät mit optimaler Bewertung entscheiden. Darüber hinaus ist der Kurzschlussstrom in dem Moment, in dem der Kurzschluss- oder Überlastschutzkreis den Kurzschlussstrom erfasst und die Gate-Spannung abschaltet, tatsächlich unglaublich groß als die Standardbetriebsstromgröße des IGBT. Während des Ausschaltvorgangs mit diesem erheblichen Strom unter Verwendung des Standard-Gate-Widerstands Rg kann es zur Entwicklung einer großen Stoßspannung kommen, die die IGBT-Bewertung überschreitet. Aus diesem Grund müssen Sie den IGBT-Gate-Widerstand, der für die Bewältigung der Kurzschlussbedingungen geeignet ist und mindestens 10-mal höher als der normale Gate-Widerstandswert ist, angemessen auswählen (und dennoch innerhalb des SOA-Werts für die Vorwärtsvorspannung bleiben). Dies soll der Erzeugung von Stoßspannungen über Kollektor-Emitter-LEDs des IGBT während der Zeiträume entgegenwirken, in denen der Kurzschlussstrom abgeschaltet wird. Zusätzlich kann die Kurzschlussfestigkeitszeit tSC eine Verteilung des Stoßes auf die anderen zugeordneten Geräte verursachen. Es muss darauf geachtet werden, dass ein ausreichender Spielraum von mindestens dem Zweifachen des Standardzeitraums gewährleistet ist, der erforderlich ist, damit der Kurzschlussschutzkreis seinen Betrieb aufnehmen kann. Die absolute maximale Bewertung für die Sperrschichttemperatur Tj der meisten Halbleiterbauelemente beträgt 150 ° C, aber Tjmax = 175 ° C wird gemäß den Anforderungen für Geräte der neuen Generation festgelegt, um den erhöhten Temperaturspezifikationen standzuhalten. Um einen effektiven Betrieb bei Tjmax = 175 ° C zu gewährleisten, wurden viele der Parameter für den Standardkonsistenztest bei 150 ° C verbessert und eine Betriebsüberprüfung durchgeführt. Das Testgelände reicht jedoch in Bezug auf die Gerätespezifikationen. Stellen Sie sicher, dass Sie die Zuverlässigkeitsdaten für das Gerät, das Sie möglicherweise anwenden, auf zusätzliche Informationen überprüfen. Denken Sie auch daran, dass der Tjmax-Wert nicht nur eine Einschränkung für konstantes Arbeiten ist, sondern auch eine Spezifikation für die Regelung, die auch für einen Moment nicht überschritten werden sollte. Die Sicherheit gegen Hochtemperaturverlust, auch für einen kurzen Moment für einen IGBT, beim Ein- und Ausschalten muss unbedingt berücksichtigt werden. Stellen Sie sicher, dass Sie mit IGBT in einer Umgebung arbeiten, die die maximale Ausfalltemperatur von Tj = 175 ° C in keiner Weise überschreitet. Leitungsverlust: Bei der Stromversorgung einer induktiven Last über einen IGBT werden die entstandenen Verluste grundsätzlich in Leitungsverlust und Schaltverlust unterteilt. Der Verlust, der auftritt, sobald der IGBT vollständig eingeschaltet ist, wird als Leitungsverlust bezeichnet, während der Verlust, der während des Umschaltens des IGBT von EIN auf AUS oder AUS auf EIN auftritt, als Schaltverlust bezeichnet wird. Aufgrund der Tatsache, dass der Verlust von der Implementierung von Spannung und Strom abhängt, wie in der unten angegebenen Formel gezeigt, entsteht ein Verlust infolge des Einflusses der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung VCE (sat), selbst während das Gerät leitet. VCE (sat) sollte minimal sein, da der Verlust eine Wärmeerzeugung innerhalb des IGBT verursachen kann. Schaltverlust: Da es schwierig sein kann, den IGBT-Verlust mithilfe der Schaltzeit abzuschätzen, werden Referenztabellen in die entsprechenden Datenblätter aufgenommen, um die Schaltungsentwickler bei der Bestimmung des Schaltverlusts zu unterstützen. Abbildung 24 unten zeigt die Schaltverlusteigenschaften für den IGBT RBN40H125S1FPQ. Die Faktoren Eon und Eoff werden stark vom Kollektorstrom, Gate-Widerstand und Betriebstemperatur beeinflusst. Eon (Energieverlust beim Einschalten) Das Verlustvolumen, das sich während des Einschaltvorgangs des IGBT für eine induktive Last entwickelt, zusammen mit dem Wiederherstellungsverlust bei der Rückwärtswiederherstellung der Diode. Eon wird ab dem Zeitpunkt berechnet, an dem die Gate-Spannung an den IGBT angelegt wird und der Kollektorstrom zu fließen beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der IGBT vollständig in den eingeschalteten Zustand übergeht Eoff (Energieverlust ausschalten Dies ist die Größe des Verlusts, der während der Ausschaltperiode für induktive Lasten entsteht, einschließlich des Schwanzstroms. Eoff wird von dem Punkt an gemessen, an dem der Gate-Strom gerade abgeschaltet wird und die Kollektor-Emitter-Spannung zu steigen beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der IGBT einen vollständig ausgeschalteten Zustand erreicht. Die Bipolartransistorvorrichtung mit isoliertem Gate (IGTB) ist eine Art Leistungshalbleiterbauelement mit drei Anschlüssen, die im Wesentlichen als elektronischer Schalter verwendet werden und auch dafür bekannt sind, eine Kombination aus extrem schnellem Schalten und hohem Wirkungsgrad in den neueren Vorrichtungen bereitzustellen. Eine Reihe moderner Geräte wie VFDs (Vaiable Frequency Drives), VSFs (Kühlschränke mit variabler Geschwindigkeit), Züge, Stereoanlagen mit Schaltverstärkern, Elektroautos und Klimaanlagen verwenden Bipolartransistoren mit isoliertem Gate zum Schalten der elektrischen Leistung. Symbol des Verarmungsmodus IGBT Wenn die Verstärker einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate verwenden, synthetisieren sie häufig Wellenformen, die von Natur aus komplex sind, zusammen mit Tiefpassfiltern und Pulsweitenmodulation, da Bipolartransistoren mit isoliertem Gate grundsätzlich so ausgelegt sind, dass sie schnell und schnell ein- und ausgeschaltet werden können. Die Pulswiederholungsraten werden von den modernen Geräten vorgegeben, die aus Schaltanwendungen bestehen und gut in den Ultraschallbereich fallen. Dies sind die Frequenzen, die zehnmal höher sind als die höchste Audiofrequenz, die vom Gerät verarbeitet wird, wenn die Geräte in Form eines Geräts verwendet werden analoger Audioverstärker. Die MOSFETs, die aus hohem Strom und den Eigenschaften eines einfachen Gate-Treibers bestehen, werden mit den Bipolartransistoren kombiniert, die vom IGTB eine Kapazität mit niedriger Sättigungsspannung aufweisen. Ein einzelnes Gerät wird durch IGBT hergestellt, indem der bipolare Leistungstransistor, der als Schalter fungiert, und ein isolierter Gate-FET, der als Steuereingang fungiert, kombiniert werden. Der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGTB) wird hauptsächlich in Anwendungen verwendet, die aus mehreren parallel zueinander angeordneten Bauelementen bestehen und in den meisten Fällen einen sehr hohen Strom verarbeiten können, der im Bereich von Hunderten von Ampere liegt Eine Sperrspannung von 6000 V, die wiederum Hunderten von Kilowatt entspricht, verbraucht mittlere bis hohe Leistung wie Induktionsheizung, Schaltnetzteile und Traktionsmotorsteuerung. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, die groß sind. Der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGTB) ist eine neue und neuere Erfindung der Zeit. Es wurde festgestellt, dass die Geräte der ersten Generation, die in den 1980er und frühen 1990er Jahren erfunden und auf den Markt gebracht wurden, relativ langsam schalten und durch verschiedene Modi wie Latchup (bei denen das Gerät weiterhin eingeschaltet und nicht eingeschaltet wird) fehleranfällig sind Aus, bis der Strom weiter durch das Gerät fließt) und sekundärer Durchschlag (wenn ein hoher Strom durch das Gerät fließt, ein lokalisierter Hotspot im Gerät in einen thermischen Durchgang gerät und das Gerät dadurch verbrennt). Bei den Geräten der zweiten Generation und den neuesten Geräten auf dem Block wurden große Verbesserungen beobachtet. Die Geräte der dritten Generation gelten als noch besser als die Geräte der ersten Schlepptau-Generation. Die Bauelemente der dritten Generation bestehen aus MOSFETs mit Geschwindigkeitskonkurrenz und Toleranz und Robustheit von ausgezeichnetem Niveau. Die Geräte der zweiten und dritten Generation bestehen aus extrem hohen Impulsbewertungen, die sie sehr nützlich machen, um große Leistungsimpulse in verschiedenen Bereichen wie Plasmaphysik und Teilchen zu erzeugen. Somit haben die Geräte der zweiten und dritten Generation fast alle älteren Geräte wie ausgelöste Funkenstrecken und Thyratrons abgelöst, die in diesen Bereichen der Plasmaphysik und der Teilchen verwendet werden. Diese Geräte sind aufgrund ihrer Eigenschaften hoher Pulswerte und der Verfügbarkeit auf dem Markt zu niedrigen Preisen auch für den Hochspannungsliebhaber attraktiv. Dies ermöglicht es dem Bastler, große Energiemengen zu steuern, um Geräte wie Spulengummis und Tesla-Spulen anzutreiben. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate sind zu erschwinglichen Preisen erhältlich und somit ein wichtiger Baustein für Hybridautos und Elektrofahrzeuge. Höflichkeit: Renesas Vorwärts vorgespannter sicherer Betriebsbereich
Reverse Bias Safe-Betriebsbereich
Statische Eigenschaften
eines IGBT sind temperaturabhängig.
Gate-Kapazitätsmerkmale
Die Arbeitsabläufe für jeden Zeitraum werden nachstehend erläutert.
So bestimmen Sie den Gate-Ansteuerstrom
IG (Peak) = VGE (ein) / Rg + Rs + rg 
Berechnung des Antriebsverlusts
Schaltcharakteristik
Schaltzeit
Eingebaute Diodeneigenschaften
Eingebaute Dioden-Reverse-Recovery-Eigenschaften
Eingebaute Dioden-Durchlassspannungseigenschaften
Wärmewiderstandseigenschaften
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2 Lastkurzschlussmerkmale
Maximale Sperrschichttemperatur Tjmax für 175 ° C.
.
Tabelle 3 zeigt ein gutes Beispiel für die Testbedingungen für den IGBT RBN40H125S1FPQ, der bei hohen Gehäusetemperaturen 175 ° C standhält.
IGBT-Verluste
Verlust (P) = Spannung (V) × Strom (I)
Einschaltverlust: P (Einschalten) = VCE (sat) × IC 
Zusammenfassung
IGBTs für Hochstromanwendungen
IGBTs sind eine Kombination aus BJT und Mosfet
IGBTs sind die fortschrittlichsten Transistoren
Neue Mosfets konkurrieren mit IGBTs
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