إيجبت

IGBT هو شكل قصيرة من معزول بوابة الترانزستور ثنائي القطب ، مزيج من القطبين تقاطع الترانزستور (BJT) و أكسيد المعادن الميدان تأثير الترانزستور (MOS-FET). إنه جهاز أشباه الموصلات يستخدم لتبديل التطبيقات ذات الصلة.

نظرًا لأن IGBT عبارة عن مزيج من MOSFET و Transistor ، فإنه يتمتع بمزايا كل من الترانزستورات و MOSFET. تتمتع MOSFET بمزايا سرعة التحويل العالية مع مقاومة عالية وعلى الجانب الآخر تتمتع BJT بميزة الكسب العالي والجهد المنخفض التشبع ، وكلاهما موجود في ترانزستور IGBT. IGBT عبارة عن أشباه موصلات يتم التحكم فيها بالجهد والتي تتيح تيارات مجمعة كبيرة مع محرك تيار بوابة صفر تقريبًا.

كما تمت مناقشته ، تتمتع IGBT بمزايا كل من MOSFET و BJTs ، و IGBT لديها بوابة معزولة مثل MOSFETs النموذجية ونفس خصائص نقل الإخراج. على الرغم من أن BJT هو جهاز يتم التحكم فيه حاليًا ولكن بالنسبة لـ IGBT ، فإن التحكم يعتمد على MOSFET ، وبالتالي فهو جهاز يتم التحكم فيه بالجهد ، وهو ما يعادل وحدات MOSFET القياسية.

الدائرة والرمز المكافئ لـ IGBT

في الصورة أعلاه ، يتم عرض الدائرة المكافئة لـ IGBT. إنها نفس بنية الدائرة المستخدمة في دارلينجتون ترانزستور حيث يتصل ترانزستوران بنفس الطريقة تمامًا. كما نرى في الصورة أعلاه ، يجمع IGBT بين جهازين ، N channel MOSFET و PNP الترانزستور. قناة N MOSFET تقود الترانزستور PNP. يتضمن دبوس BJT القياسي المجمع والباعث والقاعدة ودبوس MOSFET القياسي يتضمن البوابة والصرف والمصدر. ولكن في حالة IGBT الترانزستور دبابيس ، هو بوابة ، والذي يأتي من القناة N MOSFET و جامع و باعث قادمون من الترانزستور PNP.

في ترانزستور PNP ، يكون المجمع والباعث هو مسار التوصيل وعندما يتم تشغيل IGBT يتم توصيله وحمل التيار من خلاله. يتم التحكم في هذا المسار بواسطة N قناة MOSFET.

في حالة BJT ، نحسب المكسب الذي يُشار إليه بـ Beta (

في الصورة أعلاه ، يظهر رمز IGBT. كما نرى ، يشتمل الرمز على جزء باعث جامع الترانزستور وجزء بوابة MOSFET. تظهر المحطات الثلاث كبوابة وجامع وباعث.

عند إجراء أو تبديل وضع " التشغيل " ، يتدفق التيار من المجمع إلى الباعث. نفس الشيء يحدث مع الترانزستور BJT. ولكن في حالة IGBT هناك بوابة بدلاً من قاعدة. ويسمى الفرق بين بوابة لباعث الجهد كما Vge ويسمى فرق الجهد بين مجمع إلى باعث كما VCE.

و باعث الحالية (أي) هو نفسه تقريبا كما في جامع الحالية (جيم) ، بمعنى = جيم. نظرًا لأن التدفق الحالي متماثل نسبيًا في كل من المجمع والباعث ، فإن Vce منخفض جدًا.

تعرف على المزيد حول BJT و MOSFET هنا.

تطبيقات IGBT:

يستخدم IGBT بشكل أساسي في التطبيقات المتعلقة بالطاقة. تتمتع BJT القياسية للطاقة بخصائص استجابة بطيئة جدًا بينما MOSFET مناسبة لتطبيق التبديل السريع ، لكن MOSFET يعد خيارًا مكلفًا حيث يتطلب تصنيف تيار أعلى. IGBT مناسب لاستبدال BJTs و Power MOSFETs.

أيضًا ، يوفر IGBT مقاومة تشغيل أقل مقارنةً بـ BJTs وبسبب هذه الخاصية ، فإن IGBT فعال حراريًا في التطبيقات ذات الطاقة العالية.

تطبيقات IGBT واسعة في مجال الإلكترونيات. نظرًا لانخفاض المقاومة ، تصنيف التيار العالي جدًا ، سرعة التحويل العالية ، محرك البوابة الصفرية ، يتم استخدام IGBT في التحكم في المحرك عالي الطاقة ، والعاكسات ، وإمدادات الطاقة ذات الوضع المحول مع مناطق تحويل عالية التردد.

في الصورة أعلاه ، يظهر تطبيق التبديل الأساسي باستخدام IGBT. و RL ، هو حمل مقاوم اتصال عبر باعث IGBT على الأرض. يُشار إلى فرق الجهد عبر الحمل على أنه VRL. يمكن أن يكون الحمل حثيًا أيضًا. وعلى الجانب الأيمن تظهر دائرة مختلفة. يتم توصيل الحمل عبر المجمع حيث يتم توصيل المقاوم للحماية الحالية عبر الباعث. سوف يتدفق التيار من المجمع إلى الباعث في كلتا الحالتين.

في حالة BJT ، نحتاج إلى توفير تيار ثابت عبر قاعدة BJT. ولكن في حالة IGBT ، مثل MOSFET ، نحتاج إلى توفير جهد ثابت عبر البوابة ويتم الحفاظ على التشبع في حالة ثابتة.

في الحالة اليسرى ، يتحكم فرق الجهد ، VIN وهو الفرق المحتمل بين المدخلات (البوابة) مع الأرض / VSS ، في تيار الخرج المتدفق من المجمع إلى الباعث. يكون فرق الجهد بين VCC و GND متماثلًا تقريبًا عبر الحمل.

على دارة الجانب الأيمن ، يعتمد التيار المتدفق خلال الحمل على الجهد مقسومًا على قيمة RS.

أنا _RL2 = V _IN / R _S

و معزول بوابة الترانزستور ثنائي القطب (IGBT) يمكن أن تحول " ON " و " OFF " من خلال تفعيل البوابة. إذا جعلنا البوابة أكثر إيجابية من خلال تطبيق الجهد عبر البوابة ، فإن باعث IGBT يحافظ على IGBT في حالة " ON " الخاصة به وإذا جعلنا البوابة سالبة أو صفر دفع ، فإن IGBT سيبقى في حالة " OFF ". هو نفسه مثل تبديل BJT و MOSFET.

منحنى IGBT IV وخصائص التحويل

في الصورة أعلاه ، تظهر خصائص IV اعتمادًا على جهد البوابة المختلف أو Vge. و X محور ترمز إلى جامع باعث الجهد أو VCE و Y محور يدل على جامع الحالية. أثناء حالة إيقاف التشغيل ، يتدفق التيار عبر المجمع ويكون جهد البوابة صفرًا. عندما نقوم بتغيير Vge أو جهد البوابة ، يدخل الجهاز إلى المنطقة النشطة. يوفر الجهد الثابت والمستمر عبر البوابة تدفق تيار مستمر ومستقر عبر المجمع. تؤدي زيادة Vge إلى زيادة تيار المجمع بشكل متناسب ، Vge3> Vge2> Vge3. BV هو جهد انهيار IGBT.

يتطابق هذا المنحنى تقريبًا مع منحنى النقل IV الخاص بـ BJT ، ولكن يظهر هنا Vge لأن IGBT عبارة عن جهاز يتم التحكم فيه بالجهد.

في الصورة أعلاه ، يتم عرض خاصية النقل لـ IGBT. يكاد يكون متطابقًا مع PMOSFET. سوف IGBT تذهب إلى " ON الدولة" بعد Vge أكبر من قيمة العتبة اعتمادا على مواصفات IGBT.

فيما يلي جدول مقارنة سيعطينا صورة عادلة حول الفرق بين IGBT مع POWER BJT's و Power MOSFETs.

خصائص الجهاز	IGBT	موسفيت الطاقة	POWER BJT
القوة الكهربائية
التصويت الحالي
جهاز الإدخال
مقاومة المدخلات
مقاومة الإخراج
سرعة التحويل
كلفة

في الفيديو التالي ، سنرى دائرة تبديل الترانزستور IGBT.