IGBT là viết tắt của Cách điện-cổng-lưỡng cực-bóng bán dẫn , một chất bán dẫn điện bao gồm các tính năng của MOSFET's tốc độ cao, chuyển đổi cổng phụ thuộc điện áp và các thuộc tính điện trở BẬT (điện áp bão hòa thấp) tối thiểu của BJT .
Hình 1 trình bày mạch tương đương IGBT, trong đó bóng bán dẫn lưỡng cực làm việc với kiến trúc cổng MOS, trong khi mạch IGBT tương tự thực sự là hỗn hợp của bóng bán dẫn MOS và bóng bán dẫn lưỡng cực.
Các IGBT, hứa hẹn có tốc độ chuyển mạch nhanh cùng với đặc tính điện áp bão hòa tối thiểu, đang được sử dụng trong một phạm vi rộng rãi, từ các ứng dụng thương mại như trong các đơn vị khai thác năng lượng mặt trời và cung cấp điện liên tục (UPS), đến các lĩnh vực điện tử tiêu dùng, như điều khiển nhiệt độ cho bếp nóng cảm ứng , thiết bị điều hòa không khí PFC, biến tần, và kính chụp ảnh kỹ thuật số.
Hình 2 dưới đây cho thấy sự đánh giá giữa các bố trí và thuộc tính bên trong IGBT, bóng bán dẫn lưỡng cực và MOSFET. Khung cơ bản của IGBT giống như của MOSFET có lớp p + được đưa vào phần cống (bộ thu) và cũng có thêm một điểm tiếp giáp pn.
Do đó, bất cứ khi nào các hạt tải điện thiểu số (lỗ trống) có xu hướng được chèn qua lớp p + vào lớp n với sự điều biến độ dẫn, điện trở lớp n sẽ giảm đáng kể.
Do đó, IGBT cung cấp giảm điện áp bão hòa (điện trở BẬT nhỏ hơn) so với MOSFET khi đối phó với dòng điện lớn, do đó cho phép tổn thất dẫn điện tối thiểu.
Phải nói rằng, xem xét rằng đối với đường dẫn dòng đầu ra của các lỗ, sự tích tụ của các hạt tải điện thiểu số ở các giai đoạn tắt, bị cấm do thiết kế IGBT cụ thể.
Tình trạng này dẫn đến một hiện tượng được gọi là dòng điện đuôi , trong đó quá trình tắt bị chậm lại. Khi dòng điện đuôi phát triển, thời gian chuyển mạch bị trễ và trễ hơn so với thời gian của MOSFET, dẫn đến tăng tổn thất thời gian chuyển mạch, trong các khoảng thời gian IGBT tắt.
Xếp hạng tối đa tuyệt đối
Thông số kỹ thuật tối đa tuyệt đối là các giá trị được chỉ định để đảm bảo ứng dụng IGBT an toàn và hiệu quả.
Việc vượt qua các giá trị tối đa tuyệt đối được chỉ định này thậm chí trong giây lát có thể dẫn đến phá hủy hoặc hỏng thiết bị, do đó hãy đảm bảo làm việc với IGBT bên trong các xếp hạng tối đa có thể chấp nhận được như đề xuất bên dưới.
Thông tin chi tiết về ứng dụng
Ngay cả khi các thông số ứng dụng được đề xuất như nhiệt độ làm việc / dòng điện / điện áp, v.v. được duy trì trong mức xếp hạng tối đa tuyệt đối, trong trường hợp IGBT thường xuyên phải chịu tải quá mức (nhiệt độ khắc nghiệt, cung cấp dòng điện / điện áp lớn, thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt, v.v.), độ bền của thiết bị có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Đặc điểm điện từ
Dữ liệu sau cho chúng tôi biết về các thuật ngữ và thông số khác nhau liên quan đến IGBT, thường được sử dụng để giải thích và hiểu chi tiết hoạt động của IGBT.
Bộ sưu tập hiện tại, bộ phân tán bộ sưu tập : Hình 3 thể hiện dạng sóng nhiệt độ tiêu tán bộ thu của IGBT RBN40H125S1FPQ. Tản nhiệt bộ thu tối đa có thể chịu được được hiển thị cho các nhiệt độ trường hợp khác nhau.
Công thức hiển thị dưới đây có thể áp dụng trong các trường hợp khi nhiệt độ môi trường TC = 25 độ C trở lên.
Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)
Đối với các điều kiện mà nhiệt độ môi trường xung quanh TC là = 25 ℃ hoặc thấp hơn, bộ tiêu tán IGBT được áp dụng phù hợp với định mức tối đa tuyệt đối của chúng.
Công thức tính dòng điện thu của IGBT là:
Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)
Tuy nhiên trên đây là công thức chung, chỉ đơn giản là tính toán phụ thuộc nhiệt độ của thiết bị.
Dòng thu của IGBT được xác định bởi điện áp bão hòa của bộ thu / phát VCE (sat), và cũng tùy thuộc vào điều kiện hiện tại và nhiệt độ của chúng.
Ngoài ra, dòng thu (đỉnh) của IGBT được xác định bằng lượng dòng mà nó có thể xử lý, lần lượt phụ thuộc vào cách lắp đặt và độ tin cậy của nó.
Vì lý do đó, người dùng được khuyến cáo không bao giờ vượt quá giới hạn có thể chịu được tối đa của IGBT khi sử dụng chúng trong một ứng dụng mạch nhất định.
Mặt khác, ngay cả khi dòng điện thu có thể thấp hơn định mức tối đa của thiết bị, nó có thể bị hạn chế bởi nhiệt độ mối nối của thiết bị hoặc khu vực hoạt động an toàn.
Do đó, hãy đảm bảo rằng bạn xem xét các tình huống này khi triển khai IGBT. Cả các thông số, dòng điện cực thu và mức tiêu tán bộ thu thường được chỉ định là xếp hạng tối đa của thiết bị.
Khu vực hoạt động an toàn
Các SOA của IGBT bao gồm SOA phân cực thuận và SOA phân cực ngược, tuy nhiên vì phạm vi giá trị cụ thể có thể khác nhau theo thông số kỹ thuật của thiết bị, người dùng nên xác minh các dữ kiện tương đương trong bảng dữ liệu. Hình 5 minh họa vùng hoạt động an toàn phân cực thuận (FBSOA) của IGBT RBN50H65T1FPQ. SOA được chia thành 4 vùng tùy thuộc vào các giới hạn cụ thể, như được nêu dưới đây: Hình 6 mô tả vùng hoạt động an toàn phân cực ngược (RBSOA) của IGBT RBN50H65T1FPQ. Đặc tính đặc biệt này hoạt động phù hợp với SOA phân cực ngược của bóng bán dẫn lưỡng cực. Bất cứ khi nào phân cực ngược, không bao gồm phân cực, được cung cấp qua cổng và bộ phát của IGBT trong thời gian tắt của nó đối với tải cảm ứng, chúng tôi nhận thấy điện áp cao được đưa đến bộ phát cực thu của IGBT. Đồng thời, một dòng điện lớn liên tục di chuyển do lỗ dư. Phải nói rằng, trong chức năng này, SOA phân cực thuận không thể được sử dụng, trong khi SOA phân cực ngược có thể được sử dụng. SOA phân cực ngược được chia thành 2 khu vực hạn chế, như được giải thích trong các điểm sau đây cuối cùng khu vực này được thiết lập bằng cách xác nhận các quy trình hoạt động thực sự của IGBT. Vì thế, trong khi thiết kế mạch dựa trên IGBT , phải đảm bảo rằng các vấn đề về tiêu tán và hiệu suất khác theo các ranh giới khuyến nghị, đồng thời phải quan tâm đến các đặc tính cụ thể và hằng số đánh thủng mạch liên quan đến khả năng chịu đánh thủng. Ví dụ, SOA phân cực ngược mang đặc tính nhiệt độ giảm ở nhiệt độ khắc nghiệt và vị trí hoạt động của VCE / IC thay đổi theo điện trở cổng Rg của IGBT và điện áp cổng VGE. Đó là lý do tại sao, điều quan trọng là xác định các thông số Rg và VGE liên quan đến hệ sinh thái làm việc và giá trị điện trở cổng thấp nhất trong thời gian tắt. Ngoài ra, một mạch snubber có thể hữu ích cho việc điều khiển dv / dt VCE. Hình 7 chỉ ra các đặc tính đầu ra của IGBT RBN40H125S1FPQ. Hình ảnh đại diện cho điện áp bộ thu-phát trong khi dòng điện bộ thu đi qua trong một tình huống điện áp cổng ngẫu nhiên. Điện áp bộ thu-phát, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý dòng điện và tổn thất trong điều kiện BẬT công tắc, thay đổi theo điện áp cổng và nhiệt độ cơ thể. Tất cả các thông số này cần được tính đến khi thiết kế mạch điều khiển IGBT. Dòng điện tăng lên bất cứ khi nào VCE đạt đến giá trị từ 0,7 đến 0,8 V, mặc dù điều này là do điện áp chuyển tiếp của điểm nối PN thu-phát PN. Hình 8 thể hiện điện áp bão hòa bộ thu-phát so với đặc tính điện áp cổng của IGBt RBN40H125S1FPQ. Về cơ bản, VCE (sat) bắt đầu giảm khi điện áp bộ phát cổng VGE tăng lên, mặc dù sự thay đổi là danh nghĩa trong khi VGE = 15 V hoặc cao hơn. Do đó, chúng tôi khuyên bạn nên làm việc với điện áp cổng / bộ phát VGE khoảng 15 V, bất cứ khi nào có thể. Hình 9 thể hiện đặc tính dòng điện thu so với điện áp cổng của IGBT RBN40H125S1FPQ. Các đặc tính của IC / VGE dựa trên sự thay đổi nhiệt độ, tuy nhiên vùng điện áp cổng thấp hướng tới điểm giao nhau có xu hướng là hệ số nhiệt độ âm, trong khi vùng điện áp cổng cao biểu thị hệ số nhiệt độ dương. Xem xét rằng các IGBT công suất sẽ tạo ra nhiệt khi hoạt động, thực sự có lợi hơn khi chú ý đến vùng hệ số nhiệt độ dương đặc biệt khi các thiết bị được vận hành song song . Các điều kiện điện áp cổng khuyến nghị sử dụng VGE = 15V thể hiện các đặc tính nhiệt độ dương. Hình 10 và 11 minh họa hiệu suất của điện áp bão hòa bộ thu-phát, cùng với điện áp ngưỡng cổng Do thực tế là điện áp bão hòa bộ thu-phát có đặc tính hệ số nhiệt độ dương, nên dòng điện không dễ dàng đi qua trong khi IGBT hoạt động làm tiêu tán lượng nhiệt độ cao, điều này trở thành trách nhiệm chặn dòng điện hiệu dụng trong quá trình hoạt động song song của IGBT. Ngược lại, hoạt động của điện áp ngưỡng cổng phát phụ thuộc vào các đặc tính nhiệt độ âm. Trong quá trình tản nhiệt cao, điện áp ngưỡng giảm xuống, gây ra khả năng hỏng hóc thiết bị cao hơn do tạo ra tiếng ồn. Do đó, kiểm tra có lưu ý, tập trung vào các đặc điểm được chỉ định ở trên có thể là rất quan trọng. Đặc điểm phí: Hình 12 trình bày các đặc tính phí cổng của thiết bị IGBT ổn định. Các đặc tính của cổng IGBT về cơ bản phù hợp với các nguyên tắc giống nhau được áp dụng cho MOSFET công suất và cung cấp như các biến quyết định dòng truyền động của thiết bị và tản nhiệt. Hình 13 cho thấy đường cong đặc tính, được chia thành các giai đoạn từ 1 đến 3. Giai đoạn 1: Điện áp cổng được nâng lên đến điện áp ngưỡng mà dòng điện chỉ bắt đầu chạy. Phần tăng dần từ VGE = 0V là phần chịu trách nhiệm sạc điện dung bộ phát cổng Cge. Giai đoạn 2: Trong khi quá trình chuyển đổi từ vùng hoạt động sang vùng bão hòa diễn ra, điện áp cực thu-phát bắt đầu thay đổi và điện dung cực thu Cgc được sạc. Khoảng thời gian cụ thể này đi kèm với sự gia tăng đáng kể của điện dung do hiệu ứng gương, khiến VGE trở nên không đổi. Mặt khác, trong khi IGBT hoàn toàn ở trạng thái BẬT, thì sự thay đổi điện áp trên bộ phát cực thu (VCE) và hiệu ứng gương sẽ biến mất. Giai đoạn 3: Trong giai đoạn cụ thể này, IGBT rơi vào tình trạng bão hòa hoàn toàn và VCE không có thay đổi nào. Bây giờ, điện áp cổng phát VGE bắt đầu tăng theo thời gian. Dòng điều khiển cổng IGBT phụ thuộc vào điện trở nối tiếp cổng bên trong Rg, điện trở nguồn tín hiệu Rs của mạch trình điều khiển, phần tử rg là điện trở bên trong của thiết bị và điện áp biến tần VGE (BẬT). Dòng truyền động cổng được tính bằng công thức sau. Lưu ý ở trên, mạch đầu ra trình điều khiển IGBT nên được tạo ra để đảm bảo điện thế truyền động hiện tại tương đương hoặc lớn hơn IG (đỉnh). Thông thường, dòng điện đỉnh xảy ra nhỏ hơn giá trị được xác định bằng công thức, do độ trễ liên quan đến mạch điều khiển và cũng là độ trễ trong mức tăng dIG / dt của dòng điện cổng. Những điều này có thể xảy ra do các khía cạnh như điện cảm đi dây từ mạch biến tần đến điểm kết nối cổng của thiết bị IGBT. Ngoài ra, các thuộc tính chuyển đổi cho mỗi lần bật và tắt có thể phụ thuộc rất nhiều vào Rg. Điều này cuối cùng có thể ảnh hưởng đến thời gian chuyển đổi và thâm hụt chuyển đổi. Điều quan trọng là chọn một Rg phù hợp đối với các đặc tính của thiết bị đang sử dụng. Các tổn thất xảy ra trong mạch điều khiển IGBT có thể được mô tả thông qua công thức dưới đây nếu tất cả các tổn thất phát triển từ mạch điều khiển được hấp thụ bởi các yếu tố điện trở đã thảo luận ở trên. ( f cho biết tần số chuyển mạch). P (Mất lái) = VGE (bật) × Qg × f Xét rằng IGBT là một thành phần chuyển mạch, tốc độ chuyển đổi BẬT, TẮT của nó là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động (tổn thất) của nó. Hình 16 mô tả mạch có thể được sử dụng để đo chuyển đổi tải điện cảm của IGBT. Vì kẹp diode được nối song song với tải cảm ứng L, độ trễ khi bật IGBT (hoặc mất khi bật) thường do đặc tính thời gian phục hồi của diode gây ra. Thời gian chuyển mạch của IGBT, như được hiển thị trong Hình 17, có thể được phân loại thành 4 khoảng thời gian đo. Do thực tế là thời gian thay đổi đáng kể trong từng giai đoạn đối với các tình huống Tj, IC, VCE, VGE và Rg, giai đoạn này được đánh giá với các điều kiện nêu sau. Ngược lại với MOSFETs, IGBT không liên quan đến một diode ký sinh . Do đó, một IGBT tích hợp đi kèm với chip Diode phục hồi nhanh (FRD) được cài đặt sẵn được sử dụng để điều khiển điện cảm trong động cơ và các ứng dụng giống hệt nhau. Trong các loại thiết bị này, hiệu suất làm việc của cả IGBT và diode được lắp đặt trước ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả làm việc của thiết bị và tạo ra nhiễu nhiễu. Ngoài ra, chất lượng điện áp thuận và khôi phục ngược là các thông số quan trọng liên quan đến diode tích hợp. Các hạt tải điện thiểu số tập trung được phóng điện trong trạng thái chuyển mạch ngay khi dòng điện thuận đi qua diode cho đến khi đạt được trạng thái phần tử ngược. Thời gian cần thiết để các sóng mang thiểu số này được giải phóng hoàn toàn được gọi là thời gian khôi phục ngược (trr). Dòng hoạt động liên quan trong suốt thời gian này được gọi là dòng phục hồi ngược (Irr), và giá trị tích phân của cả hai khoảng thời gian này được gọi là điện tích phục hồi ngược (Qrr). Qrr = 1/2 (Irr x trr) Xem xét rằng khoảng thời gian trr bị ngắn mạch tương đương, nó liên quan đến một tổn thất lớn. Ngoài ra, nó hạn chế tần số trong suốt quá trình chuyển đổi. Nhìn chung, trr nhanh và Irr giảm (Qrris nhỏ) được coi là tối ưu. Những phẩm chất này phụ thuộc rất nhiều vào dòng phân cực thuận IF, diF / dt và nhiệt độ tiếp giáp Tj của IGBT. Mặt khác, nếu trr nhanh hơn, di / dt dẫn đến dốc hơn trong khoảng thời gian phục hồi, như xảy ra với điện áp bộ thu-phát tương ứng dv / dt, gây ra sự gia tăng xu hướng tạo tiếng ồn. Sau đây là các ví dụ cung cấp các cách mà thông qua đó có thể chống lại việc tạo ra tiếng ồn. Đặc tính khôi phục ngược phụ thuộc đáng kể vào khả năng chịu điện áp / dòng điện của thiết bị. Tính năng này có thể được nâng cao bằng cách sử dụng quản lý suốt đời, khuếch tán kim loại nặng và nhiều kỹ thuật khác. Hình 19 trình bày các đặc tính đầu ra của diode tích hợp của IGBT tiêu chuẩn. Điện áp chuyển tiếp của diode VF biểu thị điện áp giảm được tạo ra khi dòng điện IF qua diode chạy theo hướng giảm điện áp chuyển tiếp của diode. Vì đặc tính này có thể dẫn đến tổn thất công suất trong quá trình tạo EMF trở lại (diode quay tự do) trong các ứng dụng động cơ hoặc cảm ứng, nên chọn VF nhỏ hơn được khuyến nghị. Ngoài ra, như được mô tả trong Hình 19, các đặc tính của hệ số nhiệt độ dương và âm được xác định bởi cường độ dòng điện thuận IF của diode. Hình 20 mô tả đặc tính điện trở của IGBT chống lại quá độ nhiệt và diode tích hợp. Đặc tính này được sử dụng để xác định nhiệt độ tiếp giáp Tj của IGBT. Độ rộng xung (PW) hiển thị trên trục hoành biểu thị thời gian chuyển đổi, xác định xung phát một lần duy nhất và kết quả của các hoạt động lặp lại. Ví dụ, PW = 1ms và D = 0,2 (chu kỳ nhiệm vụ = 20%) có nghĩa là tần số lặp lại là 200Hz vì khoảng thời gian lặp lại là T = 5ms. Nếu chúng ta tưởng tượng PW = 1ms và D = 0,2, và công suất tiêu tán Pd = 60W, có thể xác định mức tăng nhiệt độ tiếp giáp IGBT ΔTj theo cách sau: Các ứng dụng yêu cầu mạch chuyển đổi IGBT bắc cầu như bộ biến tần, mạch bảo vệ ngắn mạch (quá dòng) trở nên cấp thiết để chịu đựng và bảo vệ khỏi hư hỏng trong thời gian cho đến khi điện áp cổng IGBT được TẮT, ngay cả trong tình huống ngắn mạch đầu ra của thiết bị . Hình 21 và 22 chỉ ra thời gian mang ngắn mạch và khả năng xử lý dòng ngắn mạch của IGBT RBN40H125S1FPQ. Khả năng chịu đựng ngắn mạch này của IGBT thường được biểu thị theo thời gian tSC. Khả năng chịu đựng này được xác định chủ yếu dựa trên điện áp bộ phát cổng, nhiệt độ cơ thể và điện áp nguồn của IGBT. Điều này cần được xem xét khi thiết kế mạch IGBT cầu H quan trọng. Ngoài ra, hãy đảm bảo chọn thiết bị IGBT được xếp hạng tối ưu về các thông số sau. Hơn nữa, trong thời điểm ngay lập tức khi mạch bảo vệ ngắn mạch hoặc quá tải cảm nhận được dòng ngắn mạch và ngắt điện áp cổng, dòng ngắn mạch thực sự lớn hơn rất nhiều so với cường độ dòng hoạt động tiêu chuẩn của IGBT. Trong quá trình tắt với dòng điện đáng kể này sử dụng điện trở cổng tiêu chuẩn Rg, nó có thể gây ra sự phát triển của điện áp tăng đột biến lớn, vượt quá định mức IGBT. Vì lý do này, bạn phải chọn thích hợp điện trở cổng IGBT phù hợp để giải quyết các điều kiện ngắn mạch, có giá trị cao hơn ít nhất 10 lần so với giá trị điện trở cổng bình thường (nhưng vẫn nằm trong giá trị SOA phân cực thuận). Điều này là để chống lại sự tạo ra điện áp đột biến trên các đèn led cực phát-thu của IGBT trong thời gian dòng điện ngắn mạch bị cắt. Ngoài ra, thời gian chịu ngắn mạch tSC có thể gây ra sự phân bổ xung điện trên các thiết bị liên kết khác. Phải cẩn thận để đảm bảo biên đủ tối thiểu bằng 2 lần khung thời gian tiêu chuẩn cần thiết để mạch bảo vệ ngắn mạch bắt đầu hoạt động. Định mức tối đa tuyệt đối cho nhiệt độ tiếp giáp của hầu hết thiết bị bán dẫn Tj là 150 ℃, nhưng Tjmax = 175 ℃ được đặt theo yêu cầu đối với các thiết bị thế hệ mới để chịu được các thông số kỹ thuật nhiệt độ tăng lên. Để đảm bảo hoạt động hiệu quả ở Tjmax = 175 ℃, nhiều thông số cho phép thử tính nhất quán tiêu chuẩn ở 150 ℃ đã được cải tiến và thực hiện xác minh hoạt động. Phải nói rằng, khu vực thử nghiệm có phạm vi liên quan đến thông số kỹ thuật của thiết bị. Đảm bảo rằng bạn xác thực dữ liệu độ tin cậy liên quan đến thiết bị mà bạn có thể áp dụng, để biết thêm thông tin. Tương tự như vậy, hãy nhớ rằng giá trị Tjmax không chỉ là một hạn chế đối với việc làm việc liên tục, mà còn là một đặc điểm kỹ thuật cho quy định không nên bị vượt qua dù chỉ trong chốc lát. An toàn chống lại sự tiêu tán nhiệt độ cao, ngay cả trong một khoảnh khắc ngắn đối với IGBT, trong quá trình chuyển đổi BẬT / TẮT phải được xem xét nghiêm ngặt. Đảm bảo làm việc với IGBT trong môi trường không vượt quá nhiệt độ trường hợp sự cố tối đa là Tj = 175 ℃. Mất dẫn điện: Trong khi cấp nguồn cho tải cảm ứng thông qua IGBT, tổn thất phát sinh về cơ bản được phân loại thành tổn hao dẫn và tổn hao chuyển mạch. Suy hao xảy ra ngay sau khi IGBT được BẬT hoàn toàn được gọi là mất dẫn, trong khi tổn thất xảy ra trong thời gian IGBT chuyển từ BẬT sang TẮT hoặc TẮT sang BẬT được gọi là tổn thất chuyển mạch. Do thực tế, tổn hao phụ thuộc vào việc thực hiện điện áp và dòng điện như được minh họa trong công thức dưới đây, tổn thất phát sinh do tác động của điện áp bão hòa bộ thu-phát VCE (sat), ngay cả khi thiết bị đang dẫn. VCE (sat) nên ở mức tối thiểu, vì sự mất mát có thể gây ra sinh nhiệt trong IGBT. Mất chuyển mạch: Vì suy hao IGBT có thể khó ước tính khi sử dụng thời gian chuyển mạch, các bảng tham chiếu được kết hợp trong bảng dữ liệu liên quan để hỗ trợ các nhà thiết kế mạch xác định suy hao chuyển mạch. Hình 24 dưới đây trình bày các đặc tính mất mát khi chuyển mạch cho IGBT RBN40H125S1FPQ. Các yếu tố Eon và Eoff bị ảnh hưởng nhiều bởi dòng thu, điện trở cổng và nhiệt độ hoạt động. Eon (Khi bật mất năng lượng) Khối lượng tổn thất phát triển trong quá trình bật IGBT đối với tải cảm ứng, cùng với tổn thất khôi phục khi khôi phục ngược của diode. Eon được tính từ thời điểm khi điện áp cổng được cấp cho IGBT và dòng điện thu bắt đầu di chuyển, cho đến thời điểm khi IGBT hoàn toàn chuyển sang trạng thái BẬT được chuyển sang Eoff (Tắt mất năng lượng Đó là độ lớn của tổn thất gây ra trong thời gian tắt đối với tải cảm ứng, bao gồm cả dòng điện đuôi. Eoff được đo từ thời điểm mà dòng điện cổng vừa bị cắt và điện áp bộ thu-phát bắt đầu tăng cao, cho đến thời điểm mà IGBT đạt trạng thái TẮT được chuyển hoàn toàn. Thiết bị bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGTB) là một loại thiết bị bán dẫn công suất ba đầu cuối về cơ bản được sử dụng như công tắc điện tử và cũng được biết đến với việc cung cấp sự kết hợp giữa chuyển mạch cực nhanh và hiệu quả cao trong các thiết bị mới hơn. Một loạt các thiết bị hiện đại như VFD (Ổ đĩa tần số có thể điều chỉnh), VSF (tủ lạnh tốc độ thay đổi), tàu hỏa, hệ thống âm thanh nổi với bộ khuếch đại chuyển mạch, ô tô điện và máy điều hòa không khí sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện để chuyển đổi nguồn điện. Biểu tượng của chế độ cạn kiệt IGBT Trong trường hợp bộ khuếch đại sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện thường tổng hợp các dạng sóng có bản chất phức tạp cùng với các bộ lọc thông thấp và điều chế độ rộng xung vì bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện về cơ bản được thiết kế để bật và tắt với tốc độ nhanh và nhanh. Tốc độ lặp lại xung được tự hào bởi các thiết bị hiện đại bao gồm ứng dụng chuyển mạch và nằm trong phạm vi siêu âm là tần số cao hơn mười lần so với tần số âm thanh cao nhất mà thiết bị xử lý khi thiết bị được sử dụng ở dạng bộ khuếch đại âm thanh analog. Các MOSFET bao gồm dòng điện cao và các đặc tính của một ổ cổng đơn giản được kết hợp với các bóng bán dẫn lưỡng cực có công suất điện áp bão hòa thấp bởi IGTB. Một thiết bị duy nhất được tạo ra bởi IGBT bằng cách kết hợp bóng bán dẫn công suất lưỡng cực hoạt động như một công tắc và một cổng cách ly FET hoạt động như đầu vào điều khiển. Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGTB) chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng bao gồm nhiều thiết bị được đặt song song với nhau và hầu hết các trường hợp có khả năng xử lý dòng điện rất cao trong phạm vi hàng trăm ampe cùng với điện áp chặn 6000V, tương đương với hàng trăm kilowatt sử dụng công suất trung bình đến cao như sưởi ấm cảm ứng, nguồn điện chuyển đổi chế độ và điều khiển động cơ kéo. Các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện có kích thước lớn. Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGTB) là một phát minh mới và gần đây nhất vào thời điểm đó. Các thiết bị thế hệ đầu tiên được phát minh và ra mắt vào những năm 1980 và những năm đầu của thập niên 1990 được phát hiện là có quá trình chuyển đổi tương đối chậm và dễ bị hỏng thông qua các chế độ khác nhau như chốt (nơi thiết bị sẽ tiếp tục được bật và không bật tắt cho đến khi dòng điện tiếp tục chạy qua thiết bị) và sự cố thứ cấp (trong đó khi dòng điện cao chạy qua thiết bị, một điểm nóng cục bộ có trong thiết bị sẽ bị thoát nhiệt và kết quả là làm cháy thiết bị). Có rất nhiều cải tiến được quan sát thấy trong các thiết bị thế hệ thứ hai và các thiết bị mới nhất trong khối, các thiết bị thế hệ thứ ba được coi là thậm chí còn tốt hơn các thiết bị thế hệ kéo đầu tiên. Các thiết bị thế hệ thứ ba bao gồm MOSFET với tốc độ cạnh tranh và khả năng chịu đựng và độ bền ở mức tuyệt vời. Các thiết bị thế hệ thứ hai và thứ ba bao gồm định mức xung cực kỳ cao, điều này làm cho chúng rất hữu ích để tạo ra xung công suất lớn trong các lĩnh vực khác nhau như vật lý plasma và hạt. Do đó, các thiết bị thế hệ thứ hai và thứ ba đã thay thế hầu hết các thiết bị cũ hơn như các khoảng trống tia lửa được kích hoạt và thyratron được sử dụng trong các lĩnh vực vật lý plasma và hạt này. Những thiết bị này cũng thu hút những người yêu thích điện áp cao do đặc tính của chúng là xếp hạng xung cao và có sẵn trên thị trường với giá thấp. Điều này cho phép người chơi có thể kiểm soát lượng điện năng khổng lồ để điều khiển các thiết bị như cuộn dây và cuộn dây Tesla. Các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện có sẵn ở mức giá cả phải chăng và do đó hoạt động như một yếu tố quan trọng cho ô tô hybrid và xe điện. Lịch sự: Renesas Khu vực hoạt động an toàn thiên vị chuyển tiếp
Khu vực hoạt động an toàn thiên vị ngược
Đặc điểm tĩnh
của IGBT phụ thuộc vào nhiệt độ.
Đặc điểm điện dung cổng
Các quy trình làm việc liên quan đến từng thời kỳ được giải thích dưới đây.
Cách xác định hiện tại của ổ cổng
IG (đỉnh) = VGE (bật) / Rg + Rs + rg 
Tính toán tổn thất ổ đĩa
Đặc điểm chuyển mạch
Thời gian chuyển đổi
Đặc điểm Diode tích hợp
Đặc điểm phục hồi đảo ngược Diode tích hợp
Đặc điểm điện áp chuyển tiếp Diode tích hợp
Đặc tính kháng nhiệt
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2 Đặc tính ngắn mạch tải
Nhiệt độ mối nối tối đa Tjmax cho 175 ℃
.
Bảng 3 hiển thị một ví dụ điển hình về các điều kiện thử nghiệm đối với IGBT RBN40H125S1FPQ được thiết kế để chịu được 175 ℃ trong khi hoạt động ở nhiệt độ trường hợp cao.
Tổn thất IGBT
Suy hao (P) = điện áp (V) × dòng điện (I)
Mất khi bật: P (BẬT) = VCE (sat) × IC 
Tóm lược
IGBT cho các ứng dụng hiện tại cao
IGBT là sự kết hợp của BJT và Mosfet
IGBT là bóng bán dẫn tiên tiến nhất
Mosfet mới đang cạnh tranh với IGBT
Một cặp: Cách tạo pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm hoặc pin mặt trời từ trà trái cây Tiếp theo: Mô-đun điều khiển MOSFET H-Bridge dễ dàng cho Biến tần và Động cơ
