Apa itu IGBT: Bekerja, Karakteristik Pengalihan, SOA, Resistor Gerbang, Rumus

IGBT adalah singkatan dari Terisolasi-gerbang-Bipolar-Transistor , semikonduktor daya yang mencakup fitur MOSFET kecepatan tinggi, peralihan gerbang tergantung tegangan, dan sifat resistansi ON minimal (tegangan saturasi rendah) dari a BJT .

Gambar 1 menunjukkan rangkaian ekuivalen IGBT, di mana transistor bipolar bekerja dengan arsitek gerbang MOS, sedangkan rangkaian IGBT yang serupa sebenarnya merupakan campuran dari transistor MOS dan transistor bipolar.

IGBT, menjanjikan kecepatan peralihan cepat bersama dengan karakteristik tegangan saturasi minimal, sedang digunakan dalam jangkauan luas, dari aplikasi komersial seperti pada unit pemanfaatan energi surya dan catu daya tak terputus (UPS), hingga bidang elektronik konsumen, seperti kontrol suhu untuk kompor pemanas induksi , peralatan AC PFC, inverter, dan stroboskop kamera digital.

Gambar 2 di bawah ini mengungkapkan evaluasi antara IGBT, transistor bipolar, dan tata letak dan atribut internal MOSFET. Kerangka dasar IGBT sama dengan kerangka kerja MOSFET yang memiliki lapisan p + yang dimasukkan ke bagian saluran (kolektor), dan juga sambungan pn tambahan.

Karena itu, setiap kali pembawa minoritas (lubang) cenderung dimasukkan melalui lapisan p + ke lapisan-n dengan modulasi konduktivitas, resistansi lapisan-n akan berkurang secara dramatis.

Akibatnya, IGBT memberikan pengurangan tegangan saturasi (resistansi ON lebih kecil) dibandingkan dengan MOSFET saat mengatasi arus besar, sehingga memungkinkan kerugian konduksi minimal.

Karena itu, mengingat untuk jalur aliran keluaran lubang, akumulasi pembawa minoritas pada periode turn-off, dilarang karena desain IGBT tertentu.

Situasi ini memunculkan fenomena yang dikenal sebagai arus ekor , di mana mematikan diperlambat. Ketika arus ekor berkembang, periode switching tertunda dan terlambat, lebih dari itu dari MOSFET, mengakibatkan peningkatan kerugian waktu switching, selama periode turn-off IGBT.

Peringkat Maksimal Mutlak

Spesifikasi maksimum absolut adalah nilai yang ditetapkan untuk menjamin penerapan IGBT yang aman dan sehat.

Melintasi nilai maksimum absolut yang ditentukan ini bahkan untuk sementara dapat mengakibatkan kerusakan atau kerusakan perangkat, oleh karena itu pastikan untuk bekerja dengan IGBT dalam peringkat maksimum yang dapat ditoleransi seperti yang disarankan di bawah ini.

Wawasan Aplikasi

Bahkan jika parameter aplikasi yang direkomendasikan seperti suhu kerja / arus / voltase, dll. Dipertahankan dalam peringkat maksimum absolut, jika IGBT sering mengalami beban berlebih (suhu ekstrem, suplai arus / tegangan besar, perubahan suhu ekstrem, dll.), daya tahan perangkat mungkin sangat terpengaruh.

Karakteristik listrik

Data berikut memberi tahu kami tentang berbagai terminologi dan parameter yang terkait dengan IGBT, yang biasanya digunakan untuk menjelaskan dan memahami cara kerja IGBT secara detail.

Arus kolektor, Pembuangan Kolektor : Gambar 3 menunjukkan bentuk gelombang suhu disipasi kolektor IGBT RBN40H125S1FPQ. Disipasi kolektor maksimum yang dapat ditoleransi ditampilkan untuk berbagai suhu casing yang berbeda.

Rumus yang ditampilkan di bawah ini dapat diterapkan dalam situasi ketika suhu sekitar TC = 25 derajat Celcius atau lebih.

Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)

Untuk kondisi di mana suhu lingkungan TC = 25 ℃ atau lebih rendah, disipasi kolektor IGBT diterapkan sesuai dengan peringkat maksimum absolutnya.

Rumus untuk menghitung arus kolektor dari IGBT adalah:

Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)

Namun di atas adalah rumus umum, hanyalah perhitungan perangkat yang bergantung pada suhu.

Arus kolektor IGBT ditentukan oleh tegangan saturasi kolektor / emitornya VCE (sat), dan juga bergantung pada kondisi arus dan temperaturnya.

Selain itu, arus kolektor (puncak) IGBT ditentukan oleh jumlah arus yang dapat ditangani yang pada gilirannya bergantung pada cara pemasangannya dan keandalannya.

Oleh karena itu, pengguna disarankan untuk tidak melebihi batas maksimum IGBT yang dapat ditoleransi saat menggunakannya dalam aplikasi sirkuit tertentu.

Di sisi lain, meskipun arus kolektor mungkin lebih rendah dari nilai maksimum perangkat, itu dapat dibatasi oleh suhu sambungan unit atau area operasi yang aman.

Oleh karena itu, pastikan Anda mempertimbangkan skenario ini saat menerapkan IGBT. Baik parameter, arus kolektor, dan disipasi kolektor biasanya ditetapkan sebagai peringkat maksimum perangkat.

Area Operasi Aman

Itu

SOA dari IGBT terdiri dari SOA bias maju dan SOA bias balik, namun karena kisaran nilai tertentu dapat berbeda sesuai dengan spesifikasi perangkat, pengguna disarankan untuk memverifikasi fakta yang setara dalam lembar data.

Area Operasi Aman Forward Bias

Gambar 5 mengilustrasikan area operasi aman bias maju (FBSOA) dari IGBT RBN50H65T1FPQ.

SOA dibagi menjadi 4 wilayah bergantung pada batasan tertentu, seperti yang diuraikan di bawah ini:

• Area dibatasi oleh IC arus pulsa kolektor pengenal tertinggi (puncak).
• Area dibatasi oleh wilayah pembuangan kolektor
• Area dibatasi oleh kerusakan sekunder. Ingatlah bahwa jenis kerusakan ini menyebabkan area operasi yang aman dari IGBT menjadi lebih sempit, kecuali jika perangkat dilengkapi dengan margin kerusakan sekunder.
• Area dibatasi oleh kolektor maksimum ke peringkat VCES tegangan emitor.

Membalikkan Bias Area Operasi Aman

Gambar 6 menunjukkan area operasi aman bias balik (RBSOA) dari IGBT RBN50H65T1FPQ.

Karakteristik khusus ini bekerja sesuai dengan SOA bias balik dari transistor bipolar.

Setiap kali bias balik, yang tidak mencakup bias, disuplai melintasi gerbang dan emitor IGBT selama periode mematikannya untuk beban induktif, kami menemukan tegangan tinggi dikirimkan ke pemancar-kolektor IGBT.

Bersamaan dengan itu, arus besar terus bergerak akibat lubang sisa.

Karena itu, dalam fungsi ini SOA bias maju tidak dapat digunakan, sedangkan SOA bias balik dapat digunakan.

Reverse bias SOA dibagi menjadi 2 area terlarang, seperti yang dijelaskan pada poin-poin berikut, akhirnya area tersebut ditetapkan dengan memvalidasi prosedur fungsi nyata dari IGBT.

1. Area dibatasi oleh arus pengumpul puncak maksimum Ic (puncak).
2. Area dibatasi oleh peringkat kerusakan tegangan kolektor-emitor maksimum VCES. Perhatikan bahwa IGBT dapat rusak jika lintasan operasi VCEIC tertentu menyimpang dari spesifikasi SOA perangkat.

Karenanya, saat merancang sirkuit berbasis IGBT , harus dipastikan bahwa disipasi dan masalah kinerja lainnya sesuai dengan batasan yang direkomendasikan, dan juga karakteristik spesifik dan konstanta kerusakan sirkuit yang relevan dengan toleransi kerusakan harus diperhatikan.

Misalnya, SOA bias balik membawa karakteristik suhu yang turun pada suhu ekstrim, dan lokus operasi VCE / IC bergeser sesuai dengan resistansi gerbang IGBT Rg dan tegangan gerbang VGE.

Itulah sebabnya, sangat penting untuk menentukan parameter Rg dan VGE sehubungan dengan ekosistem kerja dan nilai resistansi gerbang terendah selama periode mematikan.

Selain itu, rangkaian snubber dapat membantu untuk mengontrol dv / dt VCE.

Karakteristik Statis

Gambar 7 menunjukkan karakteristik keluaran IGBT RBN40H125S1FPQ. Gambar tersebut mewakili tegangan kolektor-emitor sementara arus kolektor lewat dalam situasi tegangan gerbang acak.

Tegangan kolektor-emitor, yang berdampak pada efisiensi dan kerugian penanganan arus selama kondisi sakelar ON, bervariasi sesuai dengan tegangan gerbang dan suhu tubuh.

Semua parameter ini perlu diperhitungkan saat merancang sirkuit driver IGBT.

Arus naik setiap kali VCE mencapai nilai 0,7 hingga 0,8 V, meskipun ini karena tegangan maju PN junction kolektor-emitor PN.

Gambar 8 menunjukkan tegangan saturasi kolektor-emitor vs. tegangan gerbang karakteristik IGBt RBN40H125S1FPQ.

Pada dasarnya, VCE (sat) mulai turun saat tegangan gerbang-emitor VGE naik, meskipun perubahannya nominal sementara VGE = 15 V atau lebih tinggi. Oleh karena itu, disarankan untuk bekerja dengan tegangan gerbang / emitor VGE sekitar 15 V, jika memungkinkan.

Gambar 9 menunjukkan arus kolektor vs karakteristik tegangan gerbang IGBT RBN40H125S1FPQ.

Karakteristik IC / VGE didasarkan pada perubahan suhu, namun daerah tegangan gerbang rendah menuju titik potong cenderung memiliki koefisien suhu negatif, sedangkan daerah tegangan gerbang tinggi menandakan koefisien suhu positif.

Mengingat daya IGBT akan menghasilkan panas saat beroperasi, sebenarnya lebih menguntungkan untuk memperhatikan wilayah koefisien suhu positif khususnya saat perangkat dioperasikan secara paralel .

Itu kondisi tegangan gerbang yang direkomendasikan menggunakan VGE = 15V menunjukkan karakteristik suhu positif.

Gambar 10 dan 11 menunjukkan bagaimana kinerja tegangan saturasi kolektor-emitor, bersama dengan tegangan ambang gerbang
IGBT bergantung pada suhu.

Karena fakta bahwa tegangan saturasi kolektor-emitor memiliki karakteristik koefisien suhu positif, tidak mudah arus lewat sementara operasi IGBT menghilangkan sejumlah suhu tinggi, yang bertanggung jawab untuk memblokir arus efektif selama operasi paralel IGBT.

Sebaliknya, pengoperasian tegangan ambang emitor gerbang bergantung pada karakteristik suhu negatif.

Selama pembuangan panas tinggi, tegangan ambang jatuh ke bawah, menyebabkan kemungkinan kerusakan perangkat yang lebih tinggi dihasilkan dari generasi kebisingan.

Oleh karena itu, pengujian penuh perhatian, yang berpusat di sekitar karakteristik khusus di atas mungkin sangat penting.

Karakteristik Kapasitansi Gerbang

Karakteristik Biaya: Gambar 12 menunjukkan karakteristik muatan gerbang dari perangkat IGBT standar.

Karakteristik gerbang IGBT pada dasarnya sejalan dengan prinsip yang sama yang diterapkan untuk MOSFET daya dan menyediakan sebagai variabel yang menentukan arus penggerak perangkat dan disipasi penggerak.

Gambar 13 menunjukkan kurva karakteristik, yang dibagi menjadi Periode 1 sampai 3.
Prosedur kerja yang terkait dengan setiap periode dijelaskan di bawah ini.

Periode 1: Tegangan gerbang dinaikkan ke tegangan ambang di mana arus baru saja mulai mengalir.

Bagian yang naik dari VGE = 0V adalah bagian yang bertanggung jawab untuk mengisi daya Cge kapasitansi emitor gerbang.

Periode 2: Saat transisi dari wilayah aktif ke wilayah saturasi berlangsung, tegangan kolektor-emitor mulai berubah dan kapasitansi gerbang-kolektor Cgc terisi.

Periode khusus ini datang dengan peningkatan kapasitansi yang nyata karena efek cermin, yang menyebabkan VGE menjadi konstan.

Di sisi lain, saat IGBT sepenuhnya dalam keadaan ON, perubahan tegangan pada collector-emitter (VCE) dan efek cermin menghilang.

Periode 3: Dalam periode khusus ini, IGBT berada dalam kondisi jenuh penuh dan VCE tidak menunjukkan perubahan. Sekarang, tegangan gerbang-emitor VGE mulai meningkat seiring waktu.

Cara Menentukan Arus Gerbang Drive

Arus drive gerbang IGBT bergantung pada resistansi seri gerbang internal Rg, resistansi sumber sinyal Rs dari rangkaian driver, elemen rg yang merupakan resistansi internal perangkat, dan tegangan drive VGE (ON).

Arus drive gerbang dihitung dengan menggunakan rumus berikut.

IG (puncak) = VGE (hidup) / Rg + Rs + rg

Dengan mengingat hal di atas, IGBT sirkuit keluaran driver harus dibuat untuk memastikan potensi drive saat ini setara dengan, atau lebih besar dari IG (puncak).

Biasanya, arus puncak terjadi lebih kecil dari nilai yang ditentukan menggunakan rumus, karena penundaan yang terlibat dalam rangkaian driver dan juga penundaan kenaikan dIG / dt dari arus gerbang.

Ini dapat terjadi karena aspek-aspek seperti induktansi kabel dari sirkuit drive ke titik koneksi gerbang perangkat IGBT.

Selain itu, properti pengalihan untuk setiap pengaktifan dan penonaktifan mungkin sangat bergantung pada Rg.

Hal ini pada akhirnya dapat memengaruhi waktu peralihan dan peralihan defisit. Sangat penting untuk memilih Rg sehubungan dengan karakteristik perangkat yang digunakan.

Penghitungan Kerugian Drive

Kerugian yang terjadi di sirkuit driver IGBT dapat digambarkan melalui rumus yang diberikan di bawah ini jika semua kerugian yang dikembangkan dari sirkuit driver diserap oleh faktor resistansi yang dibahas di atas. ( f menunjukkan frekuensi switching).

P (Drive Loss) = VGE (hidup) × Qg × f

Karakteristik Switching

Mempertimbangkan bahwa IGBT adalah komponen switching, saklar ON, kecepatan saklar OFF adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi efisiensi (kerugian) operasinya.

Gambar 16 menunjukkan rangkaian yang dapat digunakan untuk mengukur sakelar Beban Induktansi dari IGBT.

Karena penjepit dioda dihubungkan secara paralel dengan beban induktif L, penundaan pengaktifan IGBT (atau kehilangan pengaktifan) biasanya dipengaruhi oleh karakteristik waktu pemulihan dioda.

Mengalihkan Waktu

Waktu peralihan IGBT, seperti yang ditampilkan pada Gambar 17, dapat dikategorikan ke dalam 4 periode pengukuran.

Karena fakta bahwa waktu berubah secara drastis untuk setiap periode sehubungan dengan situasi Tj, IC, VCE, VGE, dan Rg, periode ini dinilai dengan ketentuan yang diuraikan berikut ini.

• td (hidup) (waktu tunda nyala) : Titik waktu dari mana tegangan gerbang-emitor meluas hingga 10% dari tegangan panjar maju ke suatu level hingga arus kolektor meningkat menjadi 10%.
• tr (waktu naik) : Titik waktu di mana arus kolektor meningkat dari 10% menjadi 90%.
• td (off) (mematikan waktu tunda) : Titik waktu dari mana tegangan emitor gerbang mencapai 90% dari tegangan bias maju ke suatu level hingga arus kolektor turun menjadi 90%.
• tf (waktu musim gugur) : Titik waktu dimana arus kolektor berkurang dari 90% menjadi 10%.
• ekor (waktu ekor) : Periode penghentian IGBT terdiri dari waktu ekor (ekor). Ini dapat didefinisikan sebagai waktu yang dikonsumsi oleh sisa pembawa berlebih di sisi kolektor IGBT untuk surut melalui rekombinasi meskipun IGBT dimatikan dan menyebabkan tegangan kolektor-emitor meningkat.

Karakteristik Dioda Bawaan

Berbeda dengan MOSFET daya, file IGBT tidak melibatkan dioda parasit .

Hasilnya, IGBT terintegrasi yang dilengkapi dengan chip Fast Recovery Diode (FRD) pra-instal digunakan untuk kontrol muatan induktansi pada motor dan aplikasi serupa.

Dalam jenis peralatan ini, efisiensi kerja IGBT dan dioda yang sudah dipasang sebelumnya secara signifikan memengaruhi efisiensi kerja peralatan dan gangguan kebisingan.

Selain itu, pemulihan mundur dan kualitas tegangan maju adalah parameter penting yang terkait dengan dioda built-in.

Karakteristik Pemulihan Terbalik Dioda

Pembawa minoritas terkonsentrasi dilepaskan selama keadaan switching tepat ketika arus maju melewati dioda sampai keadaan elemen sebaliknya tercapai.

Waktu yang diperlukan agar operator minoritas ini dibebaskan sepenuhnya dikenal sebagai waktu pemulihan terbalik (trr).

Arus operasional yang terlibat sepanjang waktu ini disebut sebagai arus pemulihan balik (Irr), dan nilai integral dari kedua interval ini dikenal sebagai muatan pemulihan balik (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Mengingat periode waktu trr ekuivalen dengan hubung singkat, ini melibatkan kerugian yang sangat besar.

Selain itu, ini membatasi frekuensi selama proses switching. Secara keseluruhan, trr cepat dan irr yang berkurang (Qrris kecil) dianggap optimal.

Kualitas ini sangat bergantung pada arus bias maju IF, diF / dt, dan suhu persimpangan Tj dari IGBT.

Di sisi lain, jika trr menjadi lebih cepat, di / dt menghasilkan lebih curam di sekitar periode pemulihan, seperti yang terjadi dengan tegangan kolektor-emitor dv / dt, yang menyebabkan peningkatan kecenderungan untuk menghasilkan derau.

Berikut ini adalah contoh-contoh yang menyediakan cara-cara di mana timbulnya kebisingan dapat diatasi.

1. Kurangi diF / dt (kurangi waktu AKTIF IGBT).
2. Sertakan kapasitor snubber di kolektor dan emitor perangkat untuk meminimalkan tegangan kolektor-emitor dv / dt.
3. Ganti dioda internal dengan dioda pemulihan lunak.

Properti pemulihan terbalik secara signifikan bergantung pada kapasitas toleransi tegangan / arus perangkat.

Fitur ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan manajemen seumur hidup, difusi logam yang kuat, dan berbagai teknik lainnya.

Karakteristik Tegangan Maju Dioda Built-in

Gambar 19 menunjukkan karakteristik keluaran dari dioda built-in dari IGBT standar.

Tegangan maju dioda VF menandakan penurunan tegangan yang dihasilkan ketika arus IF melalui dioda berjalan ke arah penurunan tegangan maju dioda.

Karena karakteristik ini dapat mengakibatkan hilangnya daya selama pembangkitan EMF belakang (dioda roda bebas) pada aplikasi motor atau induktif, disarankan memilih VF yang lebih kecil.

Selain itu, seperti yang digambarkan pada Gambar 19, karakteristik koefisien suhu positif dan negatif ditentukan oleh IF besaran arus maju dioda.

Karakteristik Ketahanan Termal

Gambar 20 menggambarkan karakteristik resistansi IGBT terhadap transien termal dan dioda terintegrasi.

Karakteristik ini digunakan untuk menentukan suhu persimpangan Tj dari IGBT. Lebar pulsa (PW) yang ditunjukkan di atas sumbu horizontal menandakan waktu peralihan, yang menentukan pulsa satu tembakan dan hasil operasi berulang.

Misalnya PW = 1ms dan D = 0.2 (duty cycle = 20%) menandakan bahwa frekuensi pengulangan adalah 200Hz karena periode pengulangan adalah T = 5ms.

Jika kita membayangkan PW = 1ms dan D = 0,2, dan daya disipasi Pd = 60W, maka dimungkinkan untuk menentukan kenaikan suhu sambungan IGBT ΔTj dengan cara berikut:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Memuat Karakteristik Sirkuit Pendek

Aplikasi yang memerlukan rangkaian switching IGBT yang dijembatani seperti inverter, rangkaian perlindungan hubung singkat (arus lebih) menjadi keharusan untuk menahan dan melindungi dari kerusakan selama waktu sampai tegangan gerbang IGBT dimatikan, bahkan dalam situasi hubung singkat keluaran unit .

Gambar 21 dan 22 menunjukkan waktu bantalan hubung singkat dan kapasitas penanganan arus hubung singkat dari IGBT RBN40H125S1FPQ.

Hubung singkat ini menahan kapasitas dari IGBT biasanya dinyatakan sehubungan dengan waktu tSC.

Kemampuan bertahan ini ditentukan terutama berdasarkan tegangan emitor gerbang IGBT, suhu tubuh, dan tegangan catu daya.

Ini harus dilihat saat merancang desain sirkuit IGBT H-bridge yang penting.

Selain itu, pastikan untuk memilih perangkat IGBT dengan peringkat optimal dalam hal parameter berikut.

1. Tegangan gerbang-emitor VGE : Dengan peningkatan tegangan gerbang, arus hubung singkat juga meningkat dan kapasitas penanganan perangkat saat ini menurun.
2. Suhu casing : Dengan peningkatan suhu casing ΔTj IGBT, kapasitas yang bertahan saat ini menurun, hingga perangkat mencapai situasi kerusakan. Tegangan catu daya
3. VCC: Ketika tegangan suplai input ke perangkat meningkat, arus hubung singkat juga meningkat yang menyebabkan kapasitas menahan arus perangkat memburuk.

Selain itu, pada saat korsleting atau rangkaian proteksi beban berlebih merasakan arus hubung singkat dan mematikan tegangan gerbang, arus hubung singkat sebenarnya sangat besar daripada besaran arus operasional standar IGBT.

Selama proses mematikan dengan arus yang besar ini menggunakan tahanan gerbang standar Rg, hal itu dapat menyebabkan perkembangan tegangan lonjakan besar, melebihi peringkat IGBT.

Untuk alasan ini, Anda harus memilih resistansi gerbang IGBT yang sesuai untuk mengatasi kondisi hubung singkat, yang memiliki setidaknya 10 kali lebih tinggi dari nilai resistansi gerbang normal (namun tetap berada di dalam nilai SOA bias maju).

Ini untuk melawan pembangkitan tegangan lonjakan di seluruh sumber kolektor-emitor IGBT selama periode ketika arus hubung singkat terputus.

Selain itu, waktu tahan hubung singkat tSC dapat menyebabkan distribusi lonjakan di perangkat lain yang terkait.

Perhatian harus diberikan untuk memastikan margin yang memadai minimal 2 kali kerangka waktu standar yang diperlukan untuk sirkuit perlindungan hubung singkat mulai beroperasi.

Suhu Persimpangan Maksimum Tjmax untuk 175 ℃

Peringkat maksimum absolut untuk sebagian besar suhu persimpangan perangkat semikonduktor Tj adalah 150, tetapi Tjmax = 175 ℃ ditetapkan sesuai persyaratan untuk perangkat generasi baru untuk menahan spesifikasi suhu yang meningkat.
.
Tabel 3 menampilkan contoh yang baik dari kondisi pengujian untuk IGBT RBN40H125S1FPQ yang dirancang untuk menahan 175℃ saat beroperasi pada suhu kasus tinggi.

Untuk menjamin operasi yang efektif pada Tjmax = 175, banyak parameter untuk uji konsistensi standar pada 150 telah diperbaiki dan verifikasi operasional dilakukan.

Karena itu, berbagai alasan pengujian sehubungan dengan spesifikasi perangkat.

Pastikan Anda memvalidasi data keandalan yang terkait dengan perangkat yang mungkin Anda terapkan, untuk informasi tambahan.

Ingat juga bahwa nilai Tjmax bukan hanya batasan untuk kerja konstan, melainkan juga spesifikasi untuk regulasi yang tidak boleh dilampaui bahkan untuk sesaat.

Keamanan terhadap disipasi suhu tinggi, bahkan untuk sesaat untuk IGBT, selama pengalihan ON / OFF harus benar-benar dipertimbangkan.

Pastikan untuk bekerja dengan IGBT di lingkungan yang sama sekali tidak melebihi suhu kasus kerusakan maks Tj = 175 ℃.

Kerugian IGBT

Kehilangan Konduksi: Saat memberi daya pada beban induktif melalui IGBT, kerugian yang terjadi pada dasarnya dikategorikan menjadi kerugian konduksi dan kerugian switching.

Kerugian yang terjadi segera setelah IGBT benar-benar AKTIF disebut kerugian konduksi, sedangkan kerugian yang terjadi selama IGBT beralih dari ON ke OFF atau OFF ke ON dikenal sebagai switching loss.

Karena faktanya, kerugian bergantung pada implementasi tegangan dan arus seperti yang ditunjukkan dalam rumus yang diberikan di bawah ini, kerugian muncul sebagai akibat dari dampak tegangan saturasi kolektor-emitor VCE (sat), bahkan saat perangkat sedang berjalan.

VCE (sat) harus minimal, karena kehilangan dapat menyebabkan pembentukan panas dalam IGBT.
Loss (P) = tegangan (V) × arus (I)
Kehilangan turn-on: P (hidupkan) = VCE (sat) × IC

Switching Loss: Karena kerugian IGBT dapat menjadi tantangan untuk memperkirakan menggunakan waktu switching, tabel referensi digabungkan dalam lembar data yang relevan untuk membantu desainer sirkuit menentukan kerugian switching.

Gambar 24 di bawah ini menunjukkan karakteristik kerugian switching untuk IGBT RBN40H125S1FPQ.

Faktor Eon dan Eoff sangat dipengaruhi oleh arus kolektor, hambatan gerbang, dan suhu operasi.

Eon (Nyalakan kehilangan energi)

Volume kerugian dikembangkan selama proses penyalaan IGBT untuk beban induktif, bersama dengan kerugian pemulihan pada pemulihan terbalik dioda.

Eon dihitung dari titik ketika tegangan gerbang diberi daya ke IGBT dan arus kolektor mulai berjalan, sampai titik waktu ketika IGBT sepenuhnya dialihkan ke status AKTIF

Eoff (Matikan kehilangan energi

Ini adalah besarnya kerugian yang dihasilkan selama periode penghentian untuk beban induktif, yang termasuk arus ekor.

Eoff diukur dari titik di mana arus gerbang baru saja terputus dan tegangan kolektor-emitor mulai naik, sampai titik waktu di mana IGBT mencapai keadaan OFF sepenuhnya.

Ringkasan

Perangkat transistor bipolar gerbang-terisolasi (IGTB) adalah jenis perangkat semikonduktor daya tiga terminal yang pada dasarnya digunakan sebagai sakelar elektronik dan juga dikenal untuk menyediakan kombinasi peralihan yang sangat cepat dan efisiensi tinggi di perangkat yang lebih baru.

IGBT untuk Aplikasi Arus Tinggi

Berbagai peralatan modern seperti VFD (Vaiable Frequency Drive), VSFs (kulkas kecepatan variabel), kereta api, sistem stereo dengan penguat switching, mobil listrik, dan AC menggunakan transistor bipolar gerbang-terisolasi untuk mengalihkan daya listrik.

Simbol mode penipisan IGBT

Dalam hal amplifier menggunakan transistor bipolar gerbang-terisolasi sering mensintesis bentuk gelombang yang kompleks di alam bersama dengan filter low-pass dan modulasi lebar pulsa sebagai transistor bipolar gerbang-terisolasi pada dasarnya dirancang untuk hidup dan mati dengan kecepatan yang cepat dan cepat.

Tingkat pengulangan pulsa dibanggakan oleh perangkat modern yang terdiri dari aplikasi switching dan termasuk dalam kisaran ultrasonik yang merupakan frekuensi yang sepuluh kali lebih tinggi dari frekuensi audio tertinggi yang ditangani oleh perangkat saat perangkat digunakan dalam bentuk penguat audio analog.

MOSFET terdiri dari arus tinggi dan karakteristik drive gerbang sederhana yang dikombinasikan dengan transistor bipolar yang memiliki kapasitas tegangan saturasi rendah oleh IGTB.

IGBT adalah Kombinasi BJT dan Mosfet

Sebuah perangkat dibuat oleh IGBT dengan menggabungkan transistor daya bipolar yang bertindak sebagai sakelar dan gerbang FET yang terisolasi yang bertindak sebagai input kontrol.

Transistor bipolar gerbang-terisolasi (IGTB) sebagian besar digunakan dalam aplikasi yang terdiri dari beberapa perangkat yang ditempatkan secara paralel satu sama lain dan sebagian besar waktu memiliki kapasitas menangani arus yang sangat tinggi yang berada dalam kisaran ratusan ampere bersama dengan 6000V tegangan pemblokiran, yang pada gilirannya sama dengan ratusan kilowatt menggunakan daya sedang hingga tinggi seperti pemanas induksi, catu daya mode-sakelar, dan kontrol motor traksi. Transistor bipolar gerbang terisolasi yang berukuran besar.

IGBT adalah Transistor Paling Canggih

Transistor bipolar gerbang-terisolasi (IGTB) adalah penemuan baru dan terbaru pada saat itu.

Perangkat generasi pertama yang ditemukan dan diluncurkan pada 1980-an dan tahun-tahun awal 1990-an ditemukan memiliki proses peralihan yang relatif lambat dan rentan terhadap kegagalan melalui berbagai mode seperti latchup (di mana perangkat akan terus dinyalakan dan tidak mati hingga arus terus mengalir melalui perangkat), dan kerusakan sekunder (saat arus tinggi mengalir melalui perangkat, hotspot lokal yang ada di perangkat masuk ke pelarian termal dan akibatnya membakar perangkat).

Ada banyak peningkatan yang diamati pada perangkat generasi kedua dan perangkat paling baru di blok tersebut, perangkat generasi ketiga dianggap lebih baik daripada perangkat generasi derek pertama.

Mosfets Baru Bersaing dengan IGBT

Perangkat generasi ketiga terdiri dari MOSFET dengan kecepatan menyaingi, dan toleransi serta kekasaran tingkat yang sangat baik.

Perangkat generasi kedua dan ketiga terdiri dari peringkat pulsa yang sangat tinggi yang membuatnya sangat berguna untuk menghasilkan pulsa daya yang besar di berbagai bidang seperti fisika plasma dan partikel.

Dengan demikian perangkat generasi kedua dan ketiga telah menggantikan sebagian besar perangkat yang lebih tua seperti celah percikan yang dipicu dan thyratron yang digunakan di bidang fisika plasma dan partikel ini.

Perangkat ini juga menjadi daya tarik bagi penghobi tegangan tinggi karena sifatnya peringkat pulsa tinggi dan ketersediaan di pasar dengan harga murah.

Hal ini memungkinkan penghobi untuk mengontrol daya dalam jumlah besar untuk menggerakkan perangkat seperti coil-gums dan kumparan Tesla.

Transistor bipolar gerbang-terisolasi tersedia dengan kisaran harga yang terjangkau dan dengan demikian bertindak sebagai enabler penting untuk mobil hibrida dan kendaraan listrik.

Kesopanan: Renesas