IGBT는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 를 포함하는 전력 반도체 MOSFET의 특징 고속, 전압 의존 게이트 스위칭 및 최소 ON 저항 (낮은 포화 전압) 특성 BJT .

그림 1은 바이폴라 트랜지스터가 MOS 게이트 아키텍처와 함께 작동하는 IGBT 등가 회로를 보여 주며, 유사한 IGBT 회로는 실제로 MOS 트랜지스터와 바이폴라 트랜지스터의 혼합물입니다.

최소한의 포화 전압 특성과 함께 빠른 스위칭 속도를 약속하는 IGBT는 태양 에너지 하니스 장치 및 무정전 전원 공급 장치 (UPS)와 같은 상업용 애플리케이션에서 온도 제어와 같은 소비자 전자 분야에 이르기까지 광범위한 범위에서 사용되고 있습니다. 유도 히터 쿡탑 , 에어컨 장비 PFC, 인버터 및 디지털 카메라 스트로보 스코프.

아래 그림 2는 IGBT, 바이폴라 트랜지스터 및 MOSFET 내부 레이아웃과 속성 간의 평가를 보여줍니다. IGBT의 기본 프레임 워크는 드레인 (컬렉터) 섹션에 삽입 된 p + 레이어와 추가 pn 접합을 갖는 MOSFET의 프레임 워크와 동일합니다.

이로 인해 소수 캐리어 (홀)가 p + 층을 통해 n 층에 전도도 변조로 삽입되는 경향이있을 때마다 n 층 저항이 극적으로 감소합니다.

결과적으로 IGBT는 감소 된 포화 전압 (더 작은 ON 저항) 큰 전류에 대처할 때 MOSFET에 비해 전도 손실이 최소화됩니다.

그러나 홀의 출력 흐름 경로에 대해 특정 IGBT 설계로 인해 턴 오프 기간에 소수 캐리어의 축적이 금지된다는 점을 고려할 수 있습니다.

이 상황은 다음과 같은 현상을 일으 킵니다. 꼬리 전류 , 여기서 턴 오프가 느려집니다. 테일 전류가 발생하면 스위칭 기간이 MOSFET보다 지연되고 지연되어 IGBT 턴 오프 기간 동안 스위칭 시간 손실이 증가합니다.

절대 최대 등급

절대 최대 사양은 IGBT의 안전하고 건전한 적용을 보장하기 위해 지정된 값입니다.

이 지정된 절대 최대 값을 잠깐이라도 넘으면 장치가 파손되거나 고장날 수 있으므로 아래에 제시된 최대 허용 정격 내에서 IGBT를 사용하여 작업하십시오.

애플리케이션 인사이트

IGBT에 과도한 부하 (극한 온도, 큰 전류 / 전압 공급, 극심한 온도 변동 등)가 자주 발생하는 경우 작동 온도 / 전류 / 전압 등과 같은 권장 애플리케이션 매개 변수가 절대 최대 정격 이내로 유지 되더라도, 장치의 내구성이 심각하게 영향을받을 수 있습니다.

전기적 특성

다음 데이터는 IGBT와 관련된 다양한 용어와 매개 변수에 대해 알려주며, 일반적으로 IGBT의 작동을 자세히 설명하고 이해하는 데 사용됩니다.

콜렉터 전류, 콜렉터 소실 : 그림 3은 IGBT RBN40H125S1FPQ의 콜렉터 소산 온도 파형을 보여줍니다. 다양한 케이스 온도에 대해 최대 허용 컬렉터 소산이 표시됩니다.

아래의 공식은 주변 온도 TC = 섭씨 25도 이상인 상황에서 적용됩니다.

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

주변 온도 TC가 25 ℃ 이하인 조건에서는 IGBT 콜렉터 소산이 절대 최대 정격에 따라 적용됩니다.

IGBT의 콜렉터 전류를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

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

그러나 위의 공식은 장치의 온도 의존적 계산입니다.

IGBT의 콜렉터 전류는 콜렉터 / 이미 터 포화 전압 VCE (sat)와 전류 및 온도 조건에 따라 결정됩니다.

또한 IGBT의 컬렉터 전류 (피크)는 처리 할 수있는 전류의 양으로 정의되며 이는 설치 방식과 신뢰성에 따라 달라집니다.

따라서 사용자는 주어진 회로 애플리케이션에서 IGBT를 사용하는 동안 IGBT의 최대 허용 한계를 초과하지 않는 것이 좋습니다.

반면 컬렉터 전류가 장치의 최대 정격보다 낮더라도 장치의 접합 온도 또는 안전 작동 영역에 의해 제한 될 수 있습니다.

따라서 IGBT를 구현하는 동안 이러한 시나리오를 고려해야합니다. 매개 변수, 콜렉터 전류 및 콜렉터 소산은 일반적으로 장치의 최대 정격으로 지정됩니다.

안전한 작동 영역

그만큼

IGBT의 SOA는 순방향 바이어스 SOA와 역방향 바이어스 SOA로 구성되지만 특정 값 범위는 장치 사양에 따라 다를 수 있으므로 사용자는 데이터 시트에서 동일한 사실을 확인하는 것이 좋습니다.

순방향 바이어스 안전 작동 영역

그림 5는 IGBT RBN50H65T1FPQ의 순방향 바이어스 안전 작동 영역 (FBSOA)을 보여줍니다.

“3상 유도 전동기 권선도 ”

SOA는 아래에 설명 된대로 특정 제한 사항에 따라 4 개의 지역으로 나뉩니다.

최고 정격 컬렉터 펄스 전류 IC (peak)에 의해 제한되는 영역.
수집기 소산 영역에 의해 제한되는 영역
2 차 고장에 의해 제한되는 영역. 이러한 종류의 오작동으로 인해 IGBT의 안전 작동 영역이 좁아진다는 점을 기억하십시오.
최대 컬렉터에 의해 이미 터 전압 VCES 등급으로 제한되는 영역.

역 바이어스 안전 작동 영역

그림 6은 IGBT RBN50H65T1FPQ의 RBSOA (역 바이어스 안전 작동 영역)를 보여줍니다.

이 특정 특성은 바이폴라 트랜지스터의 역 바이어스 SOA에 따라 작동합니다.

바이어스를 포함하지 않는 역방향 바이어스가 유도 성 부하에 대한 턴 오프 기간 동안 IGBT의 게이트와 이미 터에 공급 될 때마다 IGBT의 컬렉터 이미 터에 고전압이 전달되는 것을 발견합니다.

동시에, 잔류 홀의 결과로 큰 전류가 지속적으로 이동합니다.

그러나이 기능에서 순방향 바이어스 SOA는 사용할 수 없지만 역방향 바이어스 SOA는 사용할 수 있습니다.

역 바이어스 SOA는 2 개의 제한 영역으로 나뉩니다. 다음 요점에서 설명하는대로 결국 영역은 IGBT의 실제 기능 절차를 검증하여 설정됩니다.

최대 피크 콜렉터 전류 Ic (peak)에 의해 제한되는 영역.
최대 컬렉터-이미 터 전압 항복 등급 VCES에 의해 제한되는 영역. 지정된 VCEIC 작동 궤적이 장치의 SOA 사양에서 벗어나면 IGBT가 손상 될 수 있습니다.

그 후, IGBT 기반 회로를 설계하는 동안 , 소산 및 기타 성능 문제가 권장 경계에 따른 것인지 확인해야하며, 항복 허용 오차와 관련된 특정 특성 및 회로 항복 상수도 고려해야합니다.

예를 들어, 역 바이어스 SOA는 극한 온도에서 떨어지는 온도 특성을 전달하며 VCE / IC 작동 궤적은 IGBT의 게이트 저항 Rg 및 게이트 전압 VGE에 따라 이동합니다.

그렇기 때문에 작동 생태계와 관련하여 Rg 및 VGE 매개 변수와 스위치 오프 기간 동안 가장 낮은 게이트 저항 값을 결정하는 것이 중요합니다.

또한 스 너버 회로는 dv / dt VCE를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.

정적 특성

그림 7은 IGBT RBN40H125S1FPQ의 출력 특성을 나타냅니다. 그림은 콜렉터 전류가 랜덤 게이트 전압 상황 내에서 통과하는 동안 콜렉터-이미 터 전압을 나타냅니다.

스위치 ON 상태에서 전류 처리 효율 및 손실에 영향을 미치는 컬렉터-이미 터 전압, 게이트 전압과 체온에 따라 달라집니다.

IGBT 드라이버 회로를 설계하는 동안 이러한 모든 매개 변수를 고려해야합니다.

PN 콜렉터-이미 터 PN 접합의 순방향 전압 때문이지만 VCE가 0.7 ~ 0.8V의 값에 도달 할 때마다 전류가 올라갑니다.

그림 8은 IGBt RBN40H125S1FPQ의 컬렉터-이미 터 포화 전압 대 게이트 전압 특성을 보여줍니다.

기본적으로 VCE (sat)는 게이트 이미 터 전압 VGE가 상승함에 따라 떨어지기 시작하지만, VGE = 15V 이상인 동안 변화는 공칭입니다. 따라서 가능할 때마다 약 15V의 게이트 / 이미 터 전압 VGE로 작업하는 것이 좋습니다.

그림 9는 IGBT RBN40H125S1FPQ의 콜렉터 전류 대 게이트 전압 특성을 보여줍니다.

IC / VGE 특성은 온도 변화를 기반으로하지만 교차점을 향한 낮은 게이트 전압 영역은 음의 온도 계수 인 경향이있는 반면 높은 게이트 전압 영역은 양의 온도 계수를 나타냅니다.

전력 IGBT는 작동 중에 열을 발생한다는 점을 고려할 때 실제로 양의 온도 계수 영역에주의를 기울이는 것이 더 유리합니다. 장치가 병렬로 작동 할 때 .

그만큼 VGE = 15V를 사용하는 권장 게이트 전압 조건 양의 온도 특성을 나타냅니다.

그림 10과 11은 컬렉터-이미 터 포화 전압과 게이트 임계 전압의 성능을 보여줍니다.
IGBT의 온도는 온도에 따라 달라집니다.

컬렉터-이미 터 포화 전압은 포지티브 온도 계수 특성을 갖기 때문에 IGBT 작동이 높은 온도를 방출하는 동안 전류가 통과하기가 쉽지 않아 병렬 IGBT 작동 중에 유효 전류를 차단합니다.

반대로 게이트 이미 터 임계 전압의 작동은 음의 온도 특성에 의존합니다.

높은 열 방출 동안 임계 전압은 아래로 떨어지고 장치의 오작동 가능성이 높아집니다. 소음 발생으로 인해 발생합니다.

따라서 위에 명시된 특성을 중심으로 한 신중한 테스트가 중요 할 수 있습니다.

게이트 커패시턴스 특성

충전 특성 : 그림 12는 stabdard IGBT 장치의 게이트 전하 특성을 보여줍니다.

IGBT 게이트 특성은 기본적으로 전력 MOSFET에 적용되는 것과 동일한 원리와 일치하며 장치의 구동 전류 및 구동 손실을 결정하는 변수로 제공됩니다.

그림 13은 기간 1 ~ 3으로 나누어 진 특성 곡선을 보여줍니다.
각 기간과 관련된 작업 절차는 다음과 같습니다.

기간 1 : 게이트 전압은 전류가 흐르기 시작하는 임계 전압까지 상승합니다.

VGE = 0V에서 상승하는 섹션은 게이트 이미 터 커패시턴스 Cge를 충전하는 부분입니다.

기간 2 : 활성 영역에서 포화 영역으로의 전환이 발생하는 동안 컬렉터-이미 터 전압이 변경되기 시작하고 게이트-컬렉터 커패시턴스 Cgc가 충전됩니다.

이 특정 기간에는 미러 효과로 인해 커패시턴스가 눈에 띄게 증가하여 VGE가 일정 해집니다.

반면에 IGBT가 완전히 ON 상태에있는 동안 컬렉터 이미 터 (VCE) 및 미러 효과의 전압 변화는 사라집니다.

기간 3 :이 특정 기간에 IGBT는 완전히 포화 상태가되고 VCE는 변화를 보이지 않습니다. 이제 게이트 이미 터 전압 VGE는 시간이 지남에 따라 증가하기 시작합니다.

게이트 드라이브 전류를 결정하는 방법

IGBT 게이트 구동 전류는 내부 게이트 직렬 저항 Rg, 드라이버 회로의 신호 소스 저항 Rs, 장치의 내부 저항 인 rg 요소 및 구동 전압 VGE (ON)에 따라 달라집니다.

게이트 구동 전류는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

IG (피크) = VGE (on) / Rg + Rs + rg

위의 사항을 염두에두고 IGBT 드라이버 출력 회로는 IG (peak)와 같거나 더 큰 전류 드라이브 전위를 보장하도록 생성되어야합니다.

일반적으로 피크 전류는 드라이버 회로에 관련된 지연과 게이트 전류의 dIG / dt 상승 지연으로 인해 공식을 사용하여 결정된 값보다 작습니다.

이는 드라이브 회로에서 IGBT 장치의 게이트 연결 지점까지 인덕턴스를 배선하는 것과 같은 측면으로 인해 발생할 수 있습니다.

또한 각 켜기 및 끄기에 대한 스위칭 속성은 Rg에 크게 의존 할 수 있습니다.

이것은 결국 스위칭 시간과 스위칭 결함에 영향을 미칠 수 있습니다. 적합한 Rg를 선택하는 것이 중요합니다. 사용중인 장치의 특성과 관련하여.

드라이브 손실 계산

IGBT 드라이버 회로에서 발생하는 손실은 드라이버 회로에서 발생하는 모든 손실이 위에서 논의한 저항 계수에 의해 흡수되는 경우 아래 주어진 공식을 통해 설명 할 수 있습니다. ( 에프 스위칭 주파수를 나타냅니다).

P (드라이브 손실) = VGE (on) × Qg × f

스위칭 특성

IGBT가 스위칭 구성 요소라는 점을 고려할 때 스위치 ON, 스위치 OFF 속도는 작동 효율 (손실)에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다.

그림 16은 IGBT의 인덕턴스 부하 스위칭을 측정하는 데 사용할 수있는 회로를 보여줍니다.

다이오드 클램프가 유도 성 부하 L에 병렬로 연결되기 때문에 IGBT 켜기 지연 (또는 켜기 손실)은 일반적으로 다이오드의 복구 시간 특성의 영향을받습니다.

전환 시간

그림 17과 같이 IGBT의 스위칭 시간은 4 개의 측정 기간으로 분류 할 수 있습니다.

Tj, IC, VCE, VGE 및 Rg 상황과 관련하여 매 기간마다 시간이 급격히 변하기 때문에이 기간은 다음과 같은 약식 조건으로 평가됩니다.

td (on) (켜기 지연 시간) : 게이트 이미 터 전압이 순방향 바이어스 전압의 10 %까지 확장 된 시점부터 콜렉터 전류가 10 %까지 증가 할 때까지의 시점.
tr (상승 시간) : 콜렉터 전류가 10 %에서 90 %로 증가하는 시점.
td (off) (꺼짐 지연 시간) : 게이트 이미 터 전압이 순방향 바이어스 전압의 90 %에 도달 한 시점부터 콜렉터 전류가 90 %까지 떨어질 때까지의 시점.
tf (하강 시간) : 콜렉터 전류가 90 %에서 10 %로 감소하는 시점.
ttail (테일 타임) : IGBT 종료 기간은 테일 타임 (ttail)으로 구성됩니다. 이는 IGBT가 차단되고 컬렉터-이미 터 전압이 증가 함에도 불구하고 재결합을 통해 후퇴하기 위해 IGBT의 컬렉터 측에 남은 초과 캐리어가 소비하는 시간으로 정의 할 수 있습니다.

내장 다이오드 특성

전력 MOSFET과 달리 IGBT는 기생 다이오드를 포함하지 않습니다 .

그 결과, 모터 및 동일한 애플리케이션의 인덕턴스 충전 제어를 위해 사전 설치된 FRD (Fast Recovery Diode) 칩과 함께 제공되는 통합 IGBT가 사용됩니다.

이러한 유형의 장비에서 IGBT 및 사전 설치된 다이오드의 작업 효율성은 장비 작업 효율성 및 노이즈 간섭 생성에 큰 영향을 미칩니다.

또한 역 복구 및 순방향 전압 품질은 내장 다이오드와 관련된 중요한 매개 변수입니다.

“회로도가 있는 금속 탐지기 작동 ”

내장 다이오드 역 회복 특성

집중된 소수 캐리어는 역방향 요소 상태가 될 때까지 순방향 전류가 다이오드를 통과 할 때 스위칭 상태 동안 방전됩니다.

이러한 소수 캐리어가 완전히 해제되는 데 필요한 시간을 역 회복 시간 (trr)이라고합니다.

이 기간 동안 관련된 작동 전류를 역 회복 전류 (Irr)라고하며,이 두 간격의 적분 값을 역 회복 전하 (Qrr)라고합니다.

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

trr 기간이 동등하게 단락된다는 점을 고려하면 막대한 손실이 발생합니다.

또한 스위칭 프로세스 전반에 걸쳐 주파수를 제한합니다. 전반적으로 빠른 trr 및 감소 된 Irr (Qrris small)이 최적으로 간주됩니다.

이러한 특성은 순방향 바이어스 전류 IF, diF / dt 및 IGBT의 접합 온도 Tj에 크게 좌우됩니다.

반면에 trr이 더 빨라지면 di / dt는 해당 컬렉터-에미 터 전압 dv / dt에서 발생하는 것처럼 복구 기간 주변에서 더 가파르게되어 노이즈 생성 경향이 증가합니다.

다음은 소음 발생에 대응할 수있는 방법을 제공하는 예입니다.

diF / dt를 줄입니다 (IGBT 스위치 켜기 시간 감소).
컬렉터-이미 터 전압 dv / dt를 최소화하기 위해 디바이스의 컬렉터와 이미 터에 스 너버 커패시터를 포함합니다.
내장 다이오드를 일부 소프트 복구 다이오드로 교체하십시오.

역 복구 속성은 장치의 전압 / 전류 허용 용량에 크게 의존합니다.

이 기능은 수명 관리, 막대한 금속 확산 및 기타 다양한 기술을 사용하여 향상 될 수 있습니다.

내장 다이오드 순방향 전압 특성

그림 19는 표준 IGBT의 내장 다이오드의 출력 특성을 보여줍니다.

다이오드 순방향 전압 VF는 다이오드를 통과하는 전류 IF가 다이오드의 순방향 전압 강하 방향으로 흐를 때 생성되는 전압 감소를 나타냅니다.

이 특성은 모터 또는 유도 성 응용 분야에서 역기전력 생성 (프리 휠링 다이오드) 과정에서 전력 손실을 초래할 수 있으므로 더 작은 VF를 선택하는 것이 좋습니다.

또한 그림 19에 표시된 것처럼 양극 및 음극 온도 계수 특성은 다이오드의 순방향 전류 크기 IF에 의해 결정됩니다.

열 저항 특성

그림 20은 열 과도 현상 및 통합 다이오드에 대한 IGBT의 저항 특성을 보여줍니다.

이 특성은 IGBT의 접합 온도 Tj를 결정하는 데 사용됩니다. 수평축에 표시된 펄스 폭 (PW)은 스위칭 시간을 의미하며, 이는 단일 원샷 펄스와 반복 작업의 결과를 정의합니다.

예를 들어, PW = 1ms 및 D = 0.2 (듀티 사이클 = 20 %)는 반복주기가 T = 5ms이므로 반복 주파수가 200Hz임을 나타냅니다.

PW = 1ms 및 D = 0.2이고 소산 전력 Pd = 60W라고 가정하면 다음과 같은 방식으로 IGBT 접합 온도 ΔTj의 증가를 확인할 수 있습니다.
ΔTj = Pd × θj-c (t) = 60 × 0.17 = 10.2

부하 단락 특성

인버터와 같은 브리지 IGBT 스위칭 회로를 필요로하는 애플리케이션, 단락 (과전류) 보호 회로는 장치의 출력 단락 상황에서도 IGBT 게이트 전압이 꺼질 때까지의 시간 동안 손상을 견디고 보호하기 위해 필수적입니다. .

그림 21 및 22는 IGBT RBN40H125S1FPQ의 단락 베어링 시간 및 단락 전류 처리 용량을 나타냅니다.

IGBT의 이러한 단락 저항 용량은 일반적으로 시간 tSC와 관련하여 표현됩니다.

이 내력은 주로 IGBT의 게이트 이미 터 전압, 체온 및 전원 공급 장치 전압에 따라 결정됩니다.

중요한 H- 브리지 IGBT 회로 설계를 설계 할 때이 점을 고려해야합니다.

또한 다음 매개 변수와 관련하여 최적 등급의 IGBT 장치를 선택해야합니다.

게이트 이미 터 전압 VGE : 게이트 전압이 증가하면 단락 전류도 증가하고 장치의 전류 처리 용량이 감소합니다.
케이스 온도 : IGBT의 케이스 온도 ΔTj가 증가함에 따라 장치가 고장 상황에 도달 할 때까지 전류 내용량이 감소합니다. 전원 전압
VCC : 장치에 대한 입력 공급 전압이 증가함에 따라 단락 전류도 증가하여 장치의 전류 내성 용량이 저하됩니다.

또한 단락 또는 과부하 보호 회로가 단락 전류를 감지하고 게이트 전압을 차단하는 순간 단락 전류는 실제로 IGBT의 표준 작동 전류 크기보다 엄청나게 큽니다.

표준 게이트 저항 Rg를 사용하는이 상당한 전류로 전원을 끄는 동안 IGBT 정격을 초과하는 큰 서지 전압이 발생할 수 있습니다.

따라서 정상적인 게이트 저항 값보다 10 배 이상 높은 (순방향 바이어스 SOA 값 내에 남아 있음) 단락 조건을 해결하는 데 적합한 IGBT 게이트 저항을 적절하게 선택해야합니다.

이는 단락 전류가 차단되는 기간 동안 IGBT의 컬렉터-이미 터 LED에서 서지 전압 생성을 방지하기위한 것입니다.

또한 단락 내성 시간 tSC로 인해 다른 관련 장치에 서지가 분산 될 수 있습니다.

단락 보호 회로가 작동을 시작하는 데 필요한 표준 시간 프레임의 최소 2 배의 적절한 마진을 보장하도록주의해야합니다.

175 ℃에 대한 최대 접합 온도 Tjmax

대부분의 반도체 소자의 접합 온도 Tj에 대한 절대 최대 정격은 150 ℃이지만 Tjmax = 175 ℃는 증가 된 온도 사양을 견디기 위해 차세대 소자 요구 사항에 따라 설정됩니다.
.
표 3은 고온에서 작동하는 동안 175 ℃를 견디도록 설계된 IGBT RBN40H125S1FPQ에 대한 테스트 조건의 좋은 예를 보여줍니다.

Tjmax = 175 ℃에서 효과적인 작동을 보장하기 위해 150 ℃에서 표준 일관성 테스트를위한 많은 매개 변수를 개선하고 작동 검증을 수행했습니다.

그럼에도 불구하고 테스트 접지는 장치 사양과 관련하여 다양합니다.

추가 정보에 대해 적용 할 수있는 장치와 관련된 안정성 데이터를 확인하십시오.

“고품질 오디오 증폭기 회로 ”

마찬가지로 Tjmax 값은 지속적인 작업에 대한 제한 일뿐만 아니라 잠시라도 넘어서는 안되는 규정에 대한 사양이기도합니다.

ON / OFF 전환 중에 IGBT의 경우 잠시라도 고온 소실에 대한 안전성을 엄격하게 고려해야합니다.

최대 고장 케이스 온도 Tj = 175 ℃를 초과하지 않는 환경에서 IGBT를 사용하십시오.

IGBT 손실

전도 손실 : IGBT를 통해 유도 성 부하에 전력을 공급하는 동안 발생하는 손실은 기본적으로 전도 손실과 스위칭 손실로 분류됩니다.

IGBT가 완전히 켜지 자마자 발생하는 손실을 전도 손실이라고하며 IGBT가 ON에서 OFF로 또는 OFF에서 ON으로 전환되는 동안 발생하는 손실을 스위칭 손실이라고합니다.

사실, 손실은 아래 주어진 공식에 설명 된대로 전압 및 전류의 구현에 따라 달라지며, 손실은 장치가 작동하는 동안에도 컬렉터-이미 터 포화 전압 VCE (sat)의 영향으로 발생합니다.

손실로 인해 IGBT 내에서 열이 발생할 수 있으므로 VCE (sat)는 최소화되어야합니다.
손실 (P) = 전압 (V) × 전류 (I)
턴온 손실 : P (turn ON) = VCE (sat) × IC

스위칭 손실 : IGBT 손실은 스위칭 시간을 사용하여 추정하기 어려울 수 있으므로 관련 데이터 시트에 참조 테이블이 통합되어 회로 설계자가 스위칭 손실을 결정하는 데 도움이됩니다.

아래 그림 24는 IGBT RBN40H125S1FPQ의 스위칭 손실 특성을 보여줍니다.

Eon 및 Eoff 요소는 콜렉터 전류, 게이트 저항 및 작동 온도의 영향을 많이받습니다.

Eon (턴온 에너지 손실)

다이오드의 역 복구시 복구 손실과 함께 유도 성 부하에 대한 IGBT의 턴온 프로세스 동안 발생하는 손실의 양입니다.

Eon은 게이트 전압이 IGBT에 전원이 공급되고 콜렉터 전류가 이동하기 시작하는 시점부터 IGBT가 완전히 스위치 ON 상태로 전환되는 시점까지 계산됩니다.

Eoff (에너지 손실 끄기

꼬리 전류를 포함하는 유도 성 부하의 차단 기간 동안 발생하는 손실의 크기입니다.

Eoff는 게이트 전류가 막 차단되고 콜렉터-이미 터 전압이 상승하기 시작하는 지점에서 IGBT가 완전히 꺼진 상태에 도달 할 때까지 측정됩니다.

요약

절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGTB) 장치는 기본적으로 전자 스위치로 사용되는 3 단자 전력 반도체 장치의 한 유형으로, 최신 장치에서 매우 빠른 스위칭과 고효율의 조합을 제공하는 것으로도 알려져 있습니다.

고전류 애플리케이션을위한 IGBT

VFD (Vaiable Frequency Drives), VSF (가변 속도 냉장고), 기차, 스위칭 증폭기가있는 스테레오 시스템, 전기 자동차 및 에어컨과 같은 다양한 최신 기기는 전력을 전환하기 위해 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 사용합니다.

고갈 모드 IGBT의 상징

증폭기가 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 경우 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 기본적으로 빠르고 빠르게 켜지고 꺼 지도록 설계 되었기 때문에 저역 통과 필터 및 펄스 폭 변조와 함께 본질적으로 복잡한 파형을 합성하는 경우가 많습니다.

펄스 반복률은 스위칭 애플리케이션으로 구성된 최신 장치가 자랑하며 장치가 장치의 형태로 사용될 때 장치가 처리하는 가장 높은 오디오 주파수보다 10 배 높은 주파수 인 초음파 범위 내에 잘 들어갑니다. 아날로그 오디오 증폭기.

고전류와 간단한 게이트 드라이브의 특성으로 구성된 MOSFET은 IGTB에 의해 낮은 포화 전압 용량을 갖는 바이폴라 트랜지스터와 결합됩니다.

IGBT는 BJT와 Mosfet의 조합입니다.

IGBT는 스위치 역할을하는 바이폴라 전력 트랜지스터와 제어 입력 역할을하는 절연 게이트 FET를 결합하여 단일 장치를 만듭니다.

절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGTB)는 서로 병렬로 배치 된 여러 장치로 구성된 애플리케이션에 주로 사용되며 대부분의 경우 수백 암페어 범위의 매우 높은 전류를 처리 할 수있는 용량을 가지고 있습니다. 다시 수백 킬로와트에 해당하는 6000V의 차단 전압은 유도 가열, 스위치 모드 전원 공급 장치 및 견인 모터 제어와 같은 중 / 고 전력을 사용합니다. 크기가 큰 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터.

IGBT는 가장 진보 된 트랜지스터입니다.

절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGTB)는 당시의 새롭고 최근 발명품입니다.

1980 년대와 1990 년대 초에 발명되고 출시 된 1 세대 장치는 상대적으로 스위칭 프로세스가 느리고 래치 업 (장치가 계속 켜져 있고 켜지지 않는 경우)과 같은 다른 모드를 통해 오류가 발생하기 쉽습니다. 전류가 장치를 통해 계속 흐를 때까지 꺼짐) 및 2 차 고장 (높은 전류가 장치를 통해 흐를 때 장치에 존재하는 국부적 인 핫스팟이 열 폭주로 이동하여 결과적으로 장치가 연소 됨).

2 세대 장치와 블록에서 가장 새로운 장치에서 많은 개선이 관찰되었으며, 3 세대 장치는 1 세대 견인 장치보다 훨씬 나은 것으로 간주됩니다.