Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT o IGBT). Esquema, descripción

ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
biblioteca gratis / Electricista

Dispositivos semiconductores de potencia. Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT o IGBT). Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

biblioteca técnica gratuita

Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Manual del electricista

Comentarios sobre el artículo

Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) (Abreviatura en inglés IGBT - Transistor bipolar de puerta aislada) son dispositivos semiconductores que tienen un transistor de efecto de campo en la entrada y un transistor bipolar en la salida.

Una de estas combinaciones se muestra en la Fig. 7.4. El dispositivo se introduce en el circuito de potencia por los terminales del transistor bipolar E (emisor) y C (colector), y en el circuito de control por el terminal G (compuerta).

Por lo tanto, IGBT tiene tres terminales exteriores: emisor, colector, compuerta. Las conexiones del emisor y drenaje (D) y de la base y fuente (S) son internas. La combinación de dos dispositivos en una estructura hizo posible combinar las ventajas de los transistores de efecto de campo y bipolares: alta resistencia de entrada con una alta carga de corriente y baja resistencia en el estado encendido.

Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT o IGBT)
Arroz. 7.4. Una de las opciones es la carga actual y la baja resistencia en la estructura IGBT en el estado encendido.

estructura IGBT

En la figura 7.5 se muestra una sección esquemática de la estructura del IGBT. 7.5. El transistor bipolar (Fig. XNUMX, a) está formado por las capas p+ (emisor), n (base), p (colector); campo: capas n (fuente), n+ (drenaje) y una placa de metal (puerta). Las capas p+ y p tienen pines externos que se incluyen en el circuito de alimentación. La puerta tiene un terminal conectado al circuito de control.

En la fig. 7.5, b se muestra Estructura IGBT de XNUMXª generación, fabricado con tecnología Trench-gate, que elimina la resistencia entre las bases P y reduce varias veces el tamaño del dispositivo.

Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT o IGBT)
Arroz. 7.5. Estructuras IGBT: a - estructura de un transistor estándar; b- estructura de un transistor creado con tecnología de puerta de trinchera

Principio de funcionamiento y características.

Proceso de inclusión IGBT se puede dividir en dos etapas:

etapa 1: después de aplicar un voltaje positivo entre la puerta y la fuente, el transistor de efecto de campo se abre (se forma un canal n entre la fuente y el drenaje);
etapa 2: el movimiento de cargas de la región n a la región p conduce a la apertura del transistor bipolar y la salida de corriente del emisor al colector.

Por lo tanto, la transistor de efecto de campo controla el funcionamiento de un bipolar. Para los IGBT con una tensión nominal en el rango de 600-1200 V en estado completamente encendido, la caída de tensión directa, al igual que para los transistores bipolares, está en el rango de 1,5-3,5 V.

Esto es significativamente menor que la caída de voltaje típica en los MOSFET de potencia en un estado conductor con las mismas clasificaciones de voltaje.

Por otro lado, los MOSFET con tensiones nominales de 200 V o menos tienen voltajes de estado activado más bajos que los IGBT y no tienen rival en este sentido con voltajes operativos bajos y corrientes de conmutación de hasta 50 A.

En términos de rendimiento, los IGBT son inferiores a los MOSFET, pero significativamente superiores a los bipolares. Típico valores de tiempo de reabsorción La carga acumulada y la caída de corriente cuando el IGBT está apagado están en los rangos de 0,2-0,4 y 0,2-1,5 μs, respectivamente.

Zona de trabajo segura IGBT permite garantizar con éxito su funcionamiento confiable sin el uso de circuitos adicionales para formar la ruta de conmutación en frecuencias de 10 a 20 kHz para módulos con corrientes nominales de varios cientos de amperios. Los transistores bipolares conectados según un circuito Darlington no tienen tales cualidades.

Así como los MOSFET discretos han reemplazado a los bipolares en fuentes de alimentación conmutadas de hasta 500 V, los IGBT discretos están haciendo lo mismo en fuentes de voltaje más alto (hasta 3500 V).

Módulos IGBT

Módulo IGBT de acuerdo con el diagrama de cableado interno puede representar:

IGBT único;
módulo doble (medio puente), donde se conectan dos IGBT en serie (medio puente);
helicóptero, en el que un solo IGBT está conectado en serie con un diodo;
Puente monofásico o trifásico.

Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT o IGBT)
Arroz. 7.6. Esquemas de módulos IGBT: a - IGBT único; b - módulo doble; c - interruptor colector (picador); g - picador emisor (picador)

En todos los casos, excepto en el chopper, el módulo contiene un diodo de rueda libre incorporado en paralelo con cada IGBT. Los diagramas de conexión más comunes para módulos IGBT se muestran en la Fig. 7.6.

Las principales diferencias entre elementos individuales y módulos.

La principal diferencia entre dispositivos discretos y módulos de alta corriente es la forma en que están conectados eléctricamente a otros elementos del circuito. Los componentes discretos se conectan a elementos de circuito en una placa de circuito impreso mediante soldadura.

El valor máximo de corriente en las conexiones de contacto de una placa de circuito impreso no suele superar los 100 A en condiciones de funcionamiento estable. Esto impone restricciones naturales al número de componentes conectados en paralelo. Por otro lado, los módulos de alta corriente cuentan con terminales para terminales de tornillo. Por lo tanto, se pueden conectar a terminales de cable o directamente a barras colectoras. Los módulos de alta corriente también se pueden conectar directamente a la PCB a través de orificios pasantes.

Los módulos están disponibles en tres versiones.:

según un esquema de llave única (serie MDTKI);
según el esquema de dos claves (M2TKI);
según el esquema de un interruptor de corriente, chopper (serie MTKID).

Los transistores se derivan con diodos de corriente inversa, que son diodos de recuperación súper rápida con recuperación "suave" (diodos FRD).

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

Ver otros artículos sección Manual del electricista.

Lee y escribe útil comentarios sobre este artículo.

<< Volver

Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:

Máquina para aclarar flores en jardines. 02.05.2024

En la agricultura moderna, se están desarrollando avances tecnológicos destinados a aumentar la eficiencia de los procesos de cuidado de las plantas. En Italia se presentó la innovadora raleoadora de flores Florix, diseñada para optimizar la etapa de recolección. Esta herramienta está equipada con brazos móviles, lo que permite adaptarla fácilmente a las necesidades del jardín. El operador puede ajustar la velocidad de los alambres finos controlándolos desde la cabina del tractor mediante un joystick. Este enfoque aumenta significativamente la eficiencia del proceso de aclareo de flores, brindando la posibilidad de un ajuste individual a las condiciones específicas del jardín, así como a la variedad y tipo de fruta que se cultiva en él. Después de dos años de probar la máquina Florix en varios tipos de fruta, los resultados fueron muy alentadores. Agricultores como Filiberto Montanari, que ha utilizado una máquina Florix durante varios años, han informado de una reducción significativa en el tiempo y la mano de obra necesarios para aclarar las flores. ... >>

Microscopio infrarrojo avanzado 02.05.2024

Los microscopios desempeñan un papel importante en la investigación científica, ya que permiten a los científicos profundizar en estructuras y procesos invisibles a simple vista. Sin embargo, varios métodos de microscopía tienen sus limitaciones, y entre ellas se encuentra la limitación de resolución cuando se utiliza el rango infrarrojo. Pero los últimos logros de los investigadores japoneses de la Universidad de Tokio abren nuevas perspectivas para el estudio del micromundo. Científicos de la Universidad de Tokio han presentado un nuevo microscopio que revolucionará las capacidades de la microscopía infrarroja. Este instrumento avanzado le permite ver las estructuras internas de las bacterias vivas con una claridad asombrosa en la escala nanométrica. Normalmente, los microscopios de infrarrojo medio están limitados por la baja resolución, pero el último desarrollo de investigadores japoneses supera estas limitaciones. Según los científicos, el microscopio desarrollado permite crear imágenes con una resolución de hasta 120 nanómetros, 30 veces mayor que la resolución de los microscopios tradicionales. ... >>

Trampa de aire para insectos. 01.05.2024

La agricultura es uno de los sectores clave de la economía y el control de plagas es una parte integral de este proceso. Un equipo de científicos del Consejo Indio de Investigación Agrícola-Instituto Central de Investigación de la Papa (ICAR-CPRI), Shimla, ha encontrado una solución innovadora a este problema: una trampa de aire para insectos impulsada por el viento. Este dispositivo aborda las deficiencias de los métodos tradicionales de control de plagas al proporcionar datos de población de insectos en tiempo real. La trampa funciona enteramente con energía eólica, lo que la convierte en una solución respetuosa con el medio ambiente que no requiere energía. Su diseño único permite el seguimiento de insectos tanto dañinos como beneficiosos, proporcionando una visión completa de la población en cualquier zona agrícola. "Evaluando las plagas objetivo en el momento adecuado, podemos tomar las medidas necesarias para controlar tanto las plagas como las enfermedades", afirma Kapil. ... >>

Noticias aleatorias del Archivo

La memoria molecular funciona a temperatura ambiente. 05.02.2013

La memoria molecular almacena datos en moléculas individuales que se encuentran entre dos electrodos ferromagnéticos. Esta tecnología tiene un gran potencial, ya que te permite almacenar una gran cantidad de información en un medio diminuto. Sin embargo, hasta ahora, la memoria molecular ha sido muy difícil de fabricar y solo funciona cuando se enfría cerca del cero absoluto.

Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts y el Instituto Indio de Ciencia y Educación en Calcuta logró desarrollar un nuevo tipo de memoria molecular que no solo es más fácil de fabricar, sino que también funciona a la temperatura de congelación del agua, que los físicos creo que es temperatura ambiente. Por ejemplo, para una estación de servidor potente, puede crear esa temperatura usando un refrigerador, que es mucho más fácil que "cercar" los sistemas de enfriamiento criogénico. Además, el nuevo circuito requerirá solo un electrodo ferromagnético, lo que simplifica enormemente la producción. La nueva memoria consta de láminas planas de átomos de carbono unidos a átomos de zinc. Esta estructura se puede fabricar con una precisión muy alta, lo que aumenta la fiabilidad de la memoria molecular.

Dos electrodos ferromagnéticos es una estructura estándar para la memoria magnética, en la que un cambio brusco en la orientación del campo magnético de los electrodos provoca un salto brusco en la conductividad del dispositivo. Estos dos estados de conducción son el "1" y el "0" de la memoria. Un nuevo estudio, para sorpresa de los científicos, encontró no uno, sino dos saltos en la conductividad en este diseño.

Este descubrimiento hace posible producir memoria molecular con un solo electrodo, lo que simplifica enormemente la tecnología de memoria molecular y aumenta su fiabilidad. El hecho es que en presencia de dos electrodos, las moléculas del electrodo superior comienzan a mezclarse con las moléculas que almacenan información. Además, hasta ahora, el problema de la memoria molecular ha sido la necesidad de una cuidadosa alineación de las moléculas para almacenar información. Debido a esto, los experimentos generalmente se limitaban a trabajar con 5 o 6 moléculas, y no se trataba de la producción comercial de un nuevo tipo de memoria.

La nueva memoria molecular está formada por átomos de zinc unidos a láminas planas de carbono. Estos materiales tienen la propiedad de autoalinearse, lo que significa que es más fácil producir memoria molecular con las propiedades deseadas a partir de ellos. Hasta ahora, la conductividad de la nueva memoria molecular ha cambiado solo en un 20 %, lo cual es demasiado pequeño para una amplia aplicación comercial de la nueva tecnología. Sin embargo, los científicos creen que podrán encontrar un compuesto orgánico adecuado con una gran fluctuación en la conductividad.

Otras noticias interesantes:

▪ Las fibras de colágeno crecen como un girasol.

▪ Imán estable de nanografeno desarrollado

▪ el virus mas grande

▪ Proyector Epson PowerLite Home Cinema 2 3D/2030D

▪ Revelado el secreto del aprendizaje del sueño

Feed de noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica

Materiales interesantes de la Biblioteca Técnica Libre:

▪ sección del sitio Documentación normativa sobre protección laboral. Selección de artículos

▪ artículo de Jean-Francois Millet. Aforismos famosos

▪ artículo ¿Cuánto tiempo se han utilizado ampliamente los bloques de letras para introducir a los niños al alfabeto? Respuesta detallada

▪ Artículo Parthenocissus quinquefolia. Leyendas, cultivo, métodos de aplicación.