IGBT क्या है: वर्किंग, स्विचिंग कैरेक्टर, SOA, गेट रिसिस्टर, फॉर्मूले

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IGBT के लिए खड़ा है विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर , एक शक्ति अर्धचालक जिसमें शामिल है एक MOSFET की सुविधाएँ उच्च गति, वोल्टेज पर निर्भर गेट स्विचिंग, और कम से कम प्रतिरोध (कम संतृप्ति वोल्टेज) के गुण BJT

चित्रा 1 आईजीबीटी समकक्ष सर्किट को प्रदर्शित करता है, जहां एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर एक एमओएस गेट वास्तुकार के साथ काम करता है, जबकि इसी तरह के आईजीबीटी सर्किट वास्तव में एमओएस ट्रांजिस्टर और द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का मिश्रण है।



कम से कम संतृप्ति वोल्टेज विशेषताओं के साथ तेज स्विचिंग गति का वादा करने वाली IGBT, सौर ऊर्जा के उपयोग करने वाली इकाइयों और वाणिज्यिक इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रों (यूपीएस) जैसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रों के लिए तापमान नियंत्रण जैसे व्यावसायिक अनुप्रयोगों से एक व्यापक रेंज में उपयोग की जा रही है। इंडक्शन हीटर कुकटॉप्स , एयर कंडीशनिंग उपकरण पीएफसी, इनवर्टर, और डिजिटल कैमरा स्ट्रोबोस्कोप।

नीचे चित्रा 2 IGBT, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर, और MOSFET आंतरिक लेआउट और विशेषताओं के बीच एक मूल्यांकन का पता चलता है। IGBT की मूलभूत रूपरेखा एक MOSFET की तरह है जो एक p + परत नाली (कलेक्टर) खंड में डालती है, और एक अतिरिक्त pn जंक्शन भी है।



इसके कारण, जब भी अल्पसंख्यक वाहक (छेद) p- परत के माध्यम से n- परत पर चालकता मॉडुलन के साथ डाला जाता है, तो n- परत प्रतिरोध नाटकीय रूप से कम हो जाता है।

नतीजतन, आईजीबीटी एक कम प्रदान करता है संतृप्ति वोल्टेज (MOSFET की तुलना में छोटा प्रतिरोध) जब विशाल प्रवाह के साथ मुकाबला होता है, इस प्रकार न्यूनतम चालन हानि को सक्षम किया जाता है।

होने के बाद, यह देखते हुए कि छेद के आउटपुट प्रवाह पथ के लिए, टर्न-ऑफ अवधि में अल्पसंख्यक वाहक का संचय, विशेष आईजीबीटी डिजाइन के कारण निषिद्ध है।

इस स्थिति को एक घटना के रूप में जाना जाता है पूंछ का करंट , जिसमें टर्न-ऑफ धीमा हो जाता है। जब टेल करंट विकसित होता है, तो स्विचिंग अवधि देरी हो जाती है और देर हो जाती है, जो कि MOSFET से अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप IGBT टर्न-ऑफ अवधि के दौरान स्विचिंग टाइम लॉस में वृद्धि होती है।

अधिकतम निरपेक्ष दर - निर्धारण

पूर्ण अधिकतम विनिर्देश IGBT के सुरक्षित और ध्वनि अनुप्रयोग की गारंटी के लिए निर्दिष्ट मान हैं।

इन निर्दिष्ट पूर्ण अधिकतम मूल्यों को पार करने पर भी पल-पल में विनाश या तोड़-फोड़ हो सकती है, इसलिए कृपया नीचे सुझाए अनुसार अधिकतम सहनीय रेटिंग के अंदर IGBTs के साथ काम करना सुनिश्चित करें।

आवेदन अंतर्दृष्टि

भले ही आईजीबीटी अक्सर अत्यधिक लोड (अत्यधिक तापमान, बड़े वर्तमान / वोल्टेज की आपूर्ति, चरम तापमान झूलों आदि) के अधीन होने पर, अनुशंसित एप्लिकेशन पैरामीटर जैसे कि काम कर रहे तापमान / वर्तमान / वोल्टेज आदि को बनाए रखा जाता है। डिवाइस का स्थायित्व गंभीर रूप से प्रभावित हो सकता है।

विद्युतीय लक्षण

निम्नलिखित डेटा हमें आईजीबीटी से जुड़े विभिन्न शब्दावली और मापदंडों के बारे में सूचित करता है, जो आमतौर पर आईजीबीटी के काम को विस्तार से समझाने और समझने के लिए उपयोग किया जाता है।

कलेक्टर वर्तमान, कलेक्टर डिसेक्शन : चित्रा 3 आईजीबीटी RBN40H125S1FPQ के कलेक्टर अपव्यय तापमान तरंग को प्रदर्शित करता है। अधिकतम सहने योग्य कलेक्टर अपव्यय को विभिन्न विभिन्न तापमानों के लिए प्रदर्शित किया जाता है।

नीचे दिखाया गया सूत्र उन स्थितियों में लागू होता है जब परिवेश का तापमान TC = 25 डिग्री सेल्सियस या उससे अधिक हो जाता है।

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

उन स्थितियों के लिए जहां परिवेश का तापमान टीसी = 25 ℃ या उससे कम है, आईजीबीटी कलेक्टर अपव्यय को उनकी पूर्ण अधिकतम रेटिंग के अनुसार लागू किया जाता है।

एक IGBT के कलेक्टर वर्तमान की गणना के लिए सूत्र है:

आइकन = (टीजमैक्स - टीसी) / आरटी (जे - सी) × वीसीई (सत)

हालांकि उपरोक्त सामान्य सूत्र है, बस डिवाइस का तापमान पर निर्भर गणना है।

आईजीबीटी के कलेक्टर वर्तमान को उनके कलेक्टर / एमिटर संतृप्ति वोल्टेज VCE (sat) द्वारा निर्धारित किया जाता है, और उनकी वर्तमान और तापमान स्थितियों के आधार पर भी।

इसके अतिरिक्त, एक आईजीबीटी के कलेक्टर वर्तमान (शिखर) को वर्तमान की मात्रा से परिभाषित किया जाता है जो इसे संभाल सकता है जो बदले में इसे स्थापित करने के तरीके और इसकी विश्वसनीयता पर निर्भर करता है।

उस कारण से, उपयोगकर्ताओं को सलाह दी जाती है कि किसी दिए गए सर्किट अनुप्रयोग में उनका उपयोग करते हुए IGBT की अधिकतम सहनीय सीमा से अधिक न हो।

दूसरी ओर, भले ही कलेक्टर करंट डिवाइस की अधिकतम रेटिंग से कम हो, यह यूनिट के जंक्शन तापमान या सुरक्षित संचालन क्षेत्र द्वारा प्रतिबंधित हो सकता है।

इसलिए सुनिश्चित करें कि आप आईजीबीटी को लागू करते समय इन परिदृश्यों पर विचार करें। दोनों मापदंडों, कलेक्टर वर्तमान और कलेक्टर अपव्यय आमतौर पर डिवाइस की अधिकतम रेटिंग के रूप में नामित होते हैं।

सुरक्षित संचालन क्षेत्र

IGBT के SOA में एक आगे पूर्वाग्रह SOA और एक रिवर्स पूर्वाग्रह SOA शामिल होते हैं, हालांकि चूंकि विशेष श्रेणी के मान डिवाइस के चश्मे के अनुसार भिन्न हो सकते हैं, इसलिए उपयोगकर्ताओं को सलाह दी जाती है कि वे डेटा शीट में समकक्ष तथ्यों को सत्यापित करें।

फॉरवर्ड बायस सेफ ऑपरेटिंग एरिया

चित्रा 5 IGBT RBN50H65T1FPQ के आगे पूर्वाग्रह सुरक्षित संचालन क्षेत्र (FBSOA) दिखाता है।

SOA को विशेष सीमाओं के आधार पर 4 क्षेत्रों में विभाजित किया गया है, जैसा कि नीचे उल्लिखित है:

  • उच्चतम रेटेड कलेक्टर पल्स वर्तमान आईसी (शिखर) द्वारा प्रतिबंधित क्षेत्र।
  • कलेक्टर अपव्यय क्षेत्र द्वारा प्रतिबंधित क्षेत्र
  • माध्यमिक टूटने से प्रतिबंधित क्षेत्र। याद रखें कि इस तरह की खराबी एक आईजीबीटी के सुरक्षित संचालन क्षेत्र को संकीर्ण करने का कारण बनती है, सिवाय इसके कि जब डिवाइस में एक द्वितीयक मार्जिन मार्जिन होता है।
  • अधिकतम कलेक्टर द्वारा प्रतिबंधित क्षेत्र को वोल्टेज वीसीईएस रेटिंग के लिए प्रतिबंधित किया गया है।

रिवर्स बायस सेफ ऑपरेटिंग एरिया

चित्रा 6 IGBT RBN50H65T1FPQ के रिवर्स पूर्वाग्रह सुरक्षित संचालन क्षेत्र (RBSOA) को प्रदर्शित करता है।

यह विशेष रूप से विशेषता द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के रिवर्स पूर्वाग्रह SOA के अनुसार काम करती है।

जब भी रिवर्स पूर्वाग्रह, जिसमें कोई पूर्वाग्रह शामिल नहीं होता है, को पूरे गेट पर आपूर्ति की जाती है और आईजीबीटी के एमिटर को एक प्रेरक लोड के लिए टर्न-ऑफ अवधि के दौरान, हम एक उच्च वोल्टेज को आईजीबीटी के कलेक्टर-एमिटर को वितरित करते हैं।

इसके साथ ही, अवशिष्ट छिद्र के परिणामस्वरूप एक बड़ा प्रवाह लगातार चलता रहता है।

यह कहते हुए कि, इस क्रिया में आगे पूर्वाग्रह SOA का उपयोग नहीं किया जा सकता है, जबकि रिवर्स पूर्वाग्रह SOA का उपयोग किया जा सकता है।

रिवर्स बायस SOA को 2 प्रतिबंधित क्षेत्रों में विभाजित किया गया है, जैसा कि निम्नलिखित बिंदुओं में बताया गया है, अंततः IGBT की वास्तविक कार्यप्रणाली प्रक्रियाओं को मान्य करके क्षेत्र की स्थापना की जाती है।

  1. अधिकतम शिखर कलेक्टर वर्तमान आईसी (शिखर) द्वारा प्रतिबंधित क्षेत्र।
  2. अधिकतम कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज ब्रेकडाउन रेटिंग VCES द्वारा प्रतिबंधित क्षेत्र। ध्यान दें कि यदि डिवाइस के SOA विनिर्देशों से दूर एक निर्दिष्ट VCEIC ऑपरेशन प्रक्षेपवक्र हो जाता है तो IGBT क्षतिग्रस्त हो सकता है।

इसलिये, आईजीबीटी आधारित सर्किट डिजाइन करते समय , यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि अपव्यय और अन्य प्रदर्शन के मुद्दे अनुशंसित सीमाओं के अनुसार हैं, और ब्रेकडाउन सहिष्णुता के लिए प्रासंगिक विशिष्ट विशेषताओं और सर्किट ब्रेकडाउन स्थिरांक का भी ध्यान रखा जाना चाहिए।

उदाहरण के लिए, रिवर्स पूर्वाग्रह SOA एक तापमान विशेषता रखता है जो अत्यधिक तापमान पर डुबकी लगाता है, और VCE / IC ऑपरेटिंग लोकस IGBT के गेट रेजिस्टेंस Rg और गेट वोल्टेज VGE के अनुसार बदलता है।

इसीलिए, कार्यशील पारिस्थितिकी तंत्र के संबंध में आरजी और वीजीई मापदंडों को निर्धारित करना महत्वपूर्ण है और स्विच के दौरान न्यूनतम गेट प्रतिरोध मूल्य।

इसके अलावा, एक स्नबर सर्किट DV / dt VCE को नियंत्रित करने के लिए सहायक हो सकता है।

स्थैतिक विशेषताओं

चित्रा 7 IGBT RBN40H125S1FPQ की उत्पादन विशेषताओं को इंगित करता है। चित्र कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है जबकि कलेक्टर वर्तमान यादृच्छिक गेट वोल्टेज की स्थिति में गुजरता है।

कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज, जो चालू स्थिति में स्विचिंग के दौरान मौजूदा हैंडलिंग दक्षता और हानि को प्रभावित करता है, गेट वोल्टेज और शरीर के तापमान के अनुसार बदलता रहता है।

आईजीबीटी चालक सर्किट को डिजाइन करते समय इन सभी मापदंडों को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

जब भी VCE 0.7 से 0.8 V के मान तक पहुंचता है, तो करंट ऊपर जाता है, हालांकि यह पीएन कलेक्टर-एमिटर पीएन जंक्शन के आगे वोल्टेज के कारण होता है।

चित्रा 8 IGBt RBN40H125S1FPQ के कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज बनाम गेट वोल्टेज विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

अनिवार्य रूप से, VCE (sat) गेट-एमिटर वोल्टेज VGE के बढ़ते ही गिरना शुरू हो जाता है, हालांकि परिवर्तन VGE = 15 V या उच्चतर नाममात्र का होता है। इसलिए, जब भी संभव हो, 15 वी के आसपास गेट / एमिटर वोल्टेज वीजीई के साथ काम करने की सलाह दी जाती है।

चित्रा 9 IGBT RBN40H125S1FPQ के कलेक्टर वर्तमान बनाम गेट वोल्टेज विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

आईसी / वीजीई विशेषताएं तापमान परिवर्तन पर आधारित होती हैं, हालांकि चौराहे बिंदु की ओर कम गेट वोल्टेज का क्षेत्र, नकारात्मक तापमान गुणांक होता है, जबकि उच्च गेट वोल्टेज क्षेत्र सकारात्मक तापमान गुणांक का संकेत देता है।

उस शक्ति को ध्यान में रखते हुए IGBT ऑपरेशन के दौरान गर्मी उत्पन्न करेगा, यह वास्तव में सकारात्मक तापमान गुणांक क्षेत्र पर विशेष रूप से ध्यान देने के लिए अधिक फायदेमंद है जब उपकरणों को समानांतर में संचालित किया जाता है

VGE = 15V का उपयोग करके अनुशंसित गेट वोल्टेज की स्थिति सकारात्मक तापमान विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

10 और 11 आंकड़े प्रदर्शित करते हैं कि कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज का प्रदर्शन, गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज के साथ कैसे होता है
एक IGBT के तापमान पर निर्भर हैं।

इस तथ्य के कारण कि कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज में एक सकारात्मक तापमान गुणांक विशेषताओं की विशेषता है, यह वर्तमान के लिए पारित करना आसान नहीं है जबकि आईजीबीटी ऑपरेशन उच्च तापमान को विघटित कर रहा है, जो समानांतर जीबीजीबी ऑपरेशन के दौरान प्रभावी वर्तमान को अवरुद्ध करने के लिए जिम्मेदार हो जाता है।

इसके विपरीत, गेट-एमिटर थ्रेशोल्ड वोल्टेज का संचालन नकारात्मक तापमान विशेषताओं पर निर्भर करता है।

उच्च गर्मी अपव्यय के दौरान, दहलीज वोल्टेज नीचे की ओर गिरता है, डिवाइस की खराबी की एक उच्च संभावना के कारण शोर पीढ़ी से उत्पन्न।

इसलिए, उपरोक्त निर्दिष्ट विशेषताओं के आसपास केंद्रित माइंडफुल परीक्षण महत्वपूर्ण हो सकता है।

गेट कैपेसिटेंस विशेषता

आरोप विशेषता: चित्रा 12 एक आईबीडीटी डिवाइस के गेट चार्ज विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

आईजीबीटी गेट की विशेषताएं अनिवार्य रूप से बिजली एमओएसएफईटी के लिए लागू किए गए बहुत ही सिद्धांतों के अनुरूप हैं और वे चर के रूप में प्रदान करते हैं जो डिवाइस के ड्राइव वर्तमान और ड्राइव अपव्यय को तय करते हैं।

चित्रा 13, 1 से 3 अवधि में विभाजित विशेषता वक्र को प्रकट करता है।
प्रत्येक अवधि के साथ संबंधित कार्य प्रक्रियाओं को नीचे समझाया गया है।

अवधि 1: गेट वोल्टेज को थ्रेशोल्ड वोल्टेज तक उठाया जाता है, जहां धारा बस प्रवाहित होने लगती है।

VGE = 0V से आरोही अनुभाग गेट-एमिटर कैपेसिटेंस Cge को चार्ज करने के लिए जिम्मेदार भाग है।

अवधि 2: सक्रिय क्षेत्र से संतृप्ति क्षेत्र के ट्रांसपायरों में संक्रमण के दौरान, कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज में परिवर्तन होने लगता है और गेट-कलेक्टर कैपेसिटेंस Cgc चार्ज हो जाता है।

यह विशेष अवधि दर्पण के प्रभाव के कारण समाई में एक उल्लेखनीय वृद्धि के साथ आती है, जिससे VGE स्थिर हो जाता है।

दूसरी ओर जब एक आईजीबीटी पूरी तरह से चालू है, तो कलेक्टर-एमिटर (वीसीई) और दर्पण प्रभाव में वोल्टेज में परिवर्तन गायब हो जाता है।

अवधि 3: इस विशेष अवधि में IGBT पूरी तरह से संतृप्त स्थिति में हो जाता है और VCE कोई परिवर्तन नहीं दिखाता है। अब, गेट-एमिटर वोल्टेज VGE समय के साथ बढ़ने लगता है।

गेट ड्राइव करंट कैसे निर्धारित करें

IGBT गेट ड्राइव वर्तमान आंतरिक गेट श्रृंखला प्रतिरोध आरजी पर निर्भर करता है, ड्राइवर सर्किट के सिग्नल स्रोत प्रतिरोध, आरजी तत्व जो डिवाइस का आंतरिक प्रतिरोध है, और ड्राइव वोल्टेज VGE (ON)।

गेट ड्राइव वर्तमान की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है।

IG (शिखर) = VGE (पर) / आरजी + रु + आरजी

उपरोक्त को ध्यान में रखते हुए, आईजीबीटी चालक आउटपुट सर्किट को वर्तमान ड्राइव क्षमता के बराबर या आईजी (पीक) से बड़ा सुनिश्चित करते हुए बनाया जाना चाहिए।

आमतौर पर, पीक करंट सूत्र के उपयोग से निर्धारित मूल्य से छोटा होता है, क्योंकि इसमें ड्राइवर सर्किट में देरी होती है और गेट करंट के dIG / dt वृद्धि में भी देरी होती है।

ये IGBT डिवाइस के गेट कनेक्शन बिंदु पर ड्राइव सर्किट से वायरिंग इंडक्शन जैसे पहलुओं के कारण हो सकते हैं।

इसके अतिरिक्त, प्रत्येक टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ के लिए स्विचिंग गुण आरजी पर बेहद निर्भर हो सकते हैं।

यह अंततः स्विचिंग समय और स्विचिंग घाटे को प्रभावित कर सकता है। उपयुक्त आरजी चुनना महत्वपूर्ण है उपयोग में डिवाइस की विशेषताओं के संबंध में।

ड्राइव हानि गणना

आईजीबीटी चालक सर्किट में होने वाले नुकसान को नीचे दिए गए सूत्र के माध्यम से दर्शाया जा सकता है यदि ड्राइवर सर्किट से विकसित सभी नुकसान उपरोक्त चर्चा प्रतिरोध कारकों द्वारा अवशोषित हो जाते हैं। () स्विचिंग आवृत्ति को इंगित करता है)।

पी (ड्राइव लॉस) = वीजीई (ऑन) × क्यूजी × एफ

स्विचिंग के लक्षण

यह मानते हुए कि आईजीबीटी एक स्विचिंग घटक है, इसकी स्विच ऑन, स्विच ऑफ स्पीड इसकी परिचालन दक्षता (हानि) को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में से है।

चित्र 16 उस सर्किट को प्रदर्शित करता है जिसका उपयोग आईजीबीटी के इंडक्टेंस लोड स्विचिंग को मापने के लिए किया जा सकता है।

क्योंकि डायोड क्लैंप को आगमनात्मक लोड एल के समानांतर में झुका दिया जाता है, आईजीबीटी टर्न-ऑन (या टर्न-ऑन नुकसान) की देरी आमतौर पर डायोड की पुनर्प्राप्ति समय विशेषताओं से पीड़ित होती है।

स्विचिंग टाइम

IGBT का स्विचिंग समय, जैसा कि चित्र 17 में दिखाया गया है, को 4 माप अवधि में वर्गीकृत किया जा सकता है।

इस तथ्य के कारण कि टीजे, आईसी, वीसीई, वीजीई, और आरजी स्थितियों के संबंध में हर एक अवधि के लिए समय में काफी बदलाव होता है, इस अवधि का मूल्यांकन निम्न उल्लिखित स्थितियों के साथ किया जाता है।

  • td (चालू) (विलंब समय चालू) : समय का बिंदु जहां से गेट-एमिटर वोल्टेज 10% आगे पूर्वाग्रह वोल्टेज तक एक स्तर तक फैलता है जब तक कि कलेक्टर वर्तमान 10% तक बढ़ जाता है।
  • tr (वृद्धि समय) : उस समय का बिंदु जहां से कलेक्टर का वर्तमान 10% से बढ़कर 90% हो जाता है।
  • td (बंद) (टर्न-ऑफ देरी समय) : समय का वह बिंदु जहां से गेट-एमिटर वोल्टेज 90% फॉरवर्ड बायस वोल्टेज को एक स्तर तक प्राप्त करता है जब तक कि कलेक्टर वर्तमान 90% तक नहीं गिरता है।
  • tf (गिरावट का समय) : उस समय का बिंदु जहां से कलेक्टर धारा 90% से घटकर 10% हो जाती है।
  • टेल (पूंछ का समय) : IGBT टर्न-ऑफ अवधि में एक टेल टाइम (टेल) होता है। इसे आईजीबीटी के कलेक्टर की ओर से अतिरिक्त वाहक बचे द्वारा उपभोग किए जाने वाले समय के रूप में परिभाषित किया जा सकता है क्योंकि आईजीबीटी बंद होने के बावजूद पुनर्संयोजन के माध्यम से पुनरावृत्ति करने के लिए और कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज को बढ़ाने के लिए।

अंतर्निहित डायोड विशेषताओं

बिजली MOSFETs के विपरीत, द आईजीबीटी में परजीवी डायोड शामिल नहीं है

नतीजतन, एक एकीकृत आईजीबीटी जो पहले से स्थापित फास्ट रिकवरी डायोड (एफआरडी) चिप के साथ आता है, मोटर्स और समान अनुप्रयोगों में इंडक्शन चार्ज नियंत्रण के लिए कार्यरत है।

इस प्रकार के उपकरणों में, IGBT और पूर्व-स्थापित डायोड दोनों की कार्य कुशलता उपकरण की कार्य क्षमता और शोर हस्तक्षेप पीढ़ी को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है।

इसके अतिरिक्त, रिवर्स रिकवरी और फॉरवर्ड वोल्टेज गुण इन-बिल्ट डायोड से संबंधित महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं।

अंतर्निहित डायोड रिवर्स रिकवरी लक्षण

ध्यान केंद्रित अल्पसंख्यक वाहकों को स्विचिंग स्थिति के दौरान छुट्टी दे दी जाती है, जब आगे वर्तमान तत्व डायोड से गुजरता है जब तक कि रिवर्स तत्व राज्य प्राप्त नहीं होता है।

इन अल्पसंख्यक वाहकों को पूरी तरह से मुक्त करने के लिए आवश्यक समय को रिवर्स रिकवरी टाइम (trr) के रूप में जाना जाता है।

इस पूरे समय में शामिल परिचालन धारा को रिवर्स रिकवरी करंट (इर्र) कहा जाता है, और इन दोनों अंतरालों के अभिन्न मूल्य को रिवर्स रिकवरी चार्ज (Qrr) के रूप में जाना जाता है।

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

यह ध्यान में रखते हुए कि trr समय अवधि समान रूप से कम परिचालित है, इसमें एक बड़ा नुकसान शामिल है।

इसके अतिरिक्त, यह स्विचिंग प्रक्रिया के दौरान आवृत्ति को प्रतिबंधित करता है। कुल मिलाकर, तेजी से trr और कम Irr (Qrris छोटा) को इष्टतम माना जाता है।

इन गुणों को आगे के पूर्वाग्रह वर्तमान IF, diF / dt, और IGBT के जंक्शन तापमान Tj पर निर्भर करते हैं।

दूसरी ओर, अगर trr तेज हो जाता है, तो di / dt का परिणाम रिकवरी पीरियड के आस-पास होने के कारण होता है, जैसा कि संबंधित कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज DV / dt के साथ होता है, जो शोर पैदा करने वाली प्रवृत्ति में वृद्धि का कारण बनता है।

निम्नलिखित उदाहरण हैं जो उन तरीकों को प्रदान करते हैं जिनके माध्यम से शोर पीढ़ी का मुकाबला किया जा सकता है।

  1. DiF / dt घटाएं (IGBT स्विच-ऑन समय कम करें)।
  2. कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज DV / dt को कम करने के लिए कलेक्टर भर में एक स्नबर संधारित्र और डिवाइस के एमिटर को शामिल करें।
  3. अंतर्निहित डायोड को कुछ सॉफ्ट रिकवरी डायोड से बदलें।

रिवर्स रिकवरी संपत्ति डिवाइस के वोल्टेज / वर्तमान सहिष्णुता क्षमता पर काफी निर्भर करती है।

आजीवन प्रबंधन, भारी धातु प्रसार, और विभिन्न अन्य तकनीकों का उपयोग करके इस सुविधा को बढ़ाया जा सकता है।

बिल्ट-इन डायोड फॉरवर्ड वोल्टेज विशेषता

चित्रा 19 एक मानक आईजीबीटी के इन-बिल्ट डायोड के आउटपुट विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

डायोड फॉरवर्ड वोल्टेज वीएफ घटते वोल्टेज को दर्शाता है जब वर्तमान आईएफ डायोड के माध्यम से डायोड के आगे वोल्टेज ड्रॉप की दिशा में चलता है।

चूंकि यह विशेषता मोटर या आगमनात्मक अनुप्रयोगों में वापस EMF पीढ़ी (फ्री-व्हीलिंग डायोड) के दौरान बिजली की हानि हो सकती है, इसलिए छोटे VF का चयन करने की सिफारिश की जाती है।

इसके अतिरिक्त, जैसा कि चित्र 19 में दर्शाया गया है, सकारात्मक और नकारात्मक तापमान गुणांक विशेषताओं को डायोड के आगे की वर्तमान परिमाण IF द्वारा निर्धारित किया जाता है।

थर्मल प्रतिरोध लक्षण

चित्रा 20 में थर्मल ट्रांसजेंडर और एकीकृत डायोड के खिलाफ आईजीबीटी की प्रतिरोध विशेषताओं को दर्शाया गया है।

इस विशेषता का उपयोग आईजीबीटी के जंक्शन तापमान टीजे के निर्धारण के लिए किया जाता है। क्षैतिज अक्ष पर दिखाई गई पल्स चौड़ाई (पीडब्लू) स्विचिंग समय को दर्शाती है, जो एकल शॉट शॉट पल्स और दोहराए जाने वाले संचालन के परिणामों को परिभाषित करता है।

उदाहरण के लिए, PW = 1ms और D = 0.2 (कर्तव्य चक्र = 20%) दर्शाता है कि पुनरावृत्ति की अवधि 200Hz है क्योंकि पुनरावृत्ति अवधि T = 5ms है।

यदि हम पीडब्लू = 1ms और डी = 0.2, और अपव्यय शक्ति Pd = 60W की कल्पना करते हैं, तो निम्नलिखित तरीके से IGBT जंक्शन तापमान jTj में वृद्धि को निर्धारित करना संभव है:
CTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0.17 = 10.2

लोड शॉर्ट सर्किट लक्षण

इनवर्टर जैसे ब्रिजिंग आईजीबीटी स्विचिंग सर्किट की आवश्यकता वाले एप्लिकेशन, शॉर्ट सर्किट (ओवरक्रैक) प्रोटेक्शन सर्किट को उस समय के दौरान क्षति से बचाने और बचाने के लिए जरूरी हो जाता है जब तक कि आईजीबीटी गेट वोल्टेज को स्विच नहीं किया जाता है, यहां तक ​​कि यूनिट के आउटपुट शॉर्ट सर्किट की स्थिति में भी। ।

चित्र 21 और 22 IGBT RBN40H125S1FPQ की शॉर्ट सर्किट बेयरिंग टाइम और शॉर्ट सर्किट करंट हैंडलिंग क्षमता को इंगित करते हैं।

IGBT की क्षमता का यह शॉर्ट सर्किट आमतौर पर समय tSC के संबंध में व्यक्त किया जाता है।

यह समझ क्षमता मुख्य रूप से IGBT के गेट-एमिटर वोल्टेज, शरीर के तापमान और बिजली आपूर्ति वोल्टेज के आधार पर निर्धारित की जाती है।

यह एक महत्वपूर्ण एच-ब्रिज IGBT सर्किट डिजाइन तैयार करते समय देखा जाना चाहिए।

इसके अलावा निम्नलिखित मापदंडों के संदर्भ में एक बेहतर रेटेड आईजीबीटी उपकरण का चयन करना सुनिश्चित करें।

  1. गेट-एमिटर वोल्टेज VGE : गेट वोल्टेज में वृद्धि के साथ, शॉर्ट सर्किट करंट भी उठता है और डिवाइस की करंट हैंडलिंग क्षमता कम हो जाती है।
  2. मामले का तापमान : आईजीबीटी के मामले के तापमान में वृद्धि के साथ, डिवाइस को टूटने की स्थिति तक पहुंचने तक, मौजूदा क्षमता में गिरावट आती है। बिजली की आपूर्ति की वोल्टेज
  3. VCC: जैसे ही डिवाइस को इनपुट सप्लाई वोल्टेज बढ़ती है, शॉर्ट सर्किट करंट बढ़ता है, जिससे डिवाइस की करंट फेसिंग क्षमता भी बिगड़ने लगती है।

इसके अलावा, इंस्टेंट के दौरान जब शॉर्ट सर्किट या ओवर-लोड प्रोटेक्शन सर्किट शॉर्ट सर्किट करंट को भांप लेता है और गेट वोल्टेज को बंद कर देता है, शॉर्ट सर्किट करंट वास्तव में आईजीबीटी के मानक परिचालन वर्तमान परिमाण की तुलना में अविश्वसनीय रूप से बड़ा होता है।

मानक गेट प्रतिरोध आरजी का उपयोग करके इस पर्याप्त वर्तमान के साथ बंद करने की प्रक्रिया के दौरान, यह आईजीबीटी रेटिंग से अधिक होने पर बड़े उछाल वोल्टेज के विकास का कारण हो सकता है।

इस कारण से, आपको उचित रूप से शॉर्ट सर्किट स्थितियों से निपटने के लिए उपयुक्त IGBT गेट प्रतिरोध का चयन करना चाहिए, सामान्य गेट प्रतिरोध मान से कम से कम 10 गुना अधिक (अभी तक फॉरवर्ड पूर्वाग्रह SOA मूल्य के अंदर बने रहें)।

यह शॉर्ट सर्किट करंट के कट-ऑफ होने की अवधि के दौरान आईजीबीटी के कलेक्टर-एमिटर एलईडी के पार सर्ज वोल्टेज पीढ़ी का मुकाबला करने के लिए है।

इसके अतिरिक्त, शॉर्ट सर्किट समय tSC का सामना करने के कारण अन्य सहयोगी उपकरणों में वृद्धि का वितरण हो सकता है।

संचालन शुरू करने के लिए शॉर्ट-सर्किट संरक्षण सर्किट के लिए आवश्यक मानक समय-सीमा के न्यूनतम 2 गुना के पर्याप्त मार्जिन को सुनिश्चित करने के लिए देखभाल की जानी चाहिए।

175 ℃ के लिए अधिकतम जंक्शन तापमान Tjmax

अधिकांश सेमीकंडक्टर डिवाइस के जंक्शन तापमान के लिए पूर्ण अधिकतम रेटिंग 150 ℃ है, लेकिन Tjmax = 175 ℃ बढ़े हुए तापमान विनिर्देशों का सामना करने के लिए नई पीढ़ी के उपकरणों की आवश्यकता के अनुसार सेट किया गया है।

तालिका 3 IGBT RBN40H125S1FPQ के लिए परीक्षण की स्थिति का एक अच्छा उदाहरण प्रदर्शित करता है जिसे उच्च मामले टेम्परेचर पर संचालन करते समय 175 ℃ झेलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

Tjmax = 175 ℃ में प्रभावी संचालन की गारंटी देने के लिए, 150 ℃ पर मानक स्थिरता परीक्षण के लिए कई मापदंडों में सुधार किया गया था और परिचालन सत्यापन का प्रदर्शन किया गया था।

कहा जा रहा है कि, परीक्षण के उपकरण के चश्मे के संबंध में सीमा होती है।

सुनिश्चित करें कि आप जिस डिवाइस में आवेदन कर रहे हैं, उससे जुड़ी विश्वसनीयता के आंकड़ों को आप जोड़ सकते हैं।

इसी तरह याद रखें कि Tjmax मूल्य केवल निरंतर काम करने के लिए प्रतिबंध नहीं है, बल्कि विनियमन के लिए एक विनिर्देश भी है जिसे एक पल के लिए भी पार नहीं किया जाना चाहिए।

ऑन / ऑफ स्विचिंग के दौरान आईजीबीटी के लिए एक संक्षिप्त क्षण के लिए भी उच्च तापमान अपव्यय के खिलाफ सुरक्षा पर सख्ती से विचार किया जाना चाहिए।

एक ऐसे वातावरण में IGBT के साथ काम करना सुनिश्चित करें जो किसी भी तरह से Tj = 175 ℃ के अधिकतम टूटने के मामले के तापमान से अधिक न हो।

आईजीबीटी नुकसान

चालन हानि: एक आईजीबीटी के माध्यम से एक आगमनात्मक भार को पावर करते समय, मूल नुकसान को मूल रूप से चालन हानि और स्विचिंग नुकसान में वर्गीकृत किया जाता है।

जैसे ही आईजीबीटी को पूरी तरह से चालू किया जाता है, नुकसान को चालन हानि कहा जाता है, जबकि आईजीबीटी के चालू होने के समय में होने वाले नुकसान को ऑन से ऑफ या ऑफ से ऑन करने पर स्विचिंग लॉस के रूप में जाना जाता है।

इस तथ्य के कारण, नुकसान वोल्टेज और करंट के कार्यान्वयन पर निर्भर करता है, जैसा कि नीचे दिए गए सूत्र में दर्शाया गया है, नुकसान कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज वीसीई (शनि) के प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है, भले ही डिवाइस का संचालन हो रहा हो।

वीसीई (संतृप्त) न्यूनतम होना चाहिए, क्योंकि नुकसान से आईजीबीटी के भीतर गर्मी उत्पन्न हो सकती है।
हानि (P) = वोल्टेज (V) × करंट (I)
टर्न-ऑन हानि: P (टर्न ऑन) = VCE (sat) × IC

स्विचिंग नुकसान: चूंकि IGBT नुकसान स्विचिंग समय का उपयोग करके अनुमान लगाने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है, संदर्भ डिजाइनरों को स्विचिंग नुकसान को निर्धारित करने के लिए सर्किट डिजाइनरों की सहायता के लिए प्रासंगिक डेटाशीट्स में शामिल किया गया है।

नीचे 24 चित्रा IGBT RBN40H125S1FPQ के लिए स्विचिंग लॉस विशेषताओं को प्रदर्शित करता है।

ईऑन और ईओएफ के कारक कलेक्टर वर्तमान, गेट प्रतिरोध और ऑपरेटिंग तापमान से बहुत प्रभावित हैं।

Eon (ऊर्जा हानि चालू करें)

डायोड के रिवर्स रिकवरी में रिकवरी लॉस के साथ-साथ एक इंडक्टिव लोड के लिए आईजीबीटी की टर्न-ऑन प्रक्रिया के दौरान विकसित नुकसान की मात्रा।

EON की गणना उस बिंदु से की जाती है जब गेट वोल्टेज IGBT से संचालित होता है और कलेक्टर वर्तमान यात्रा शुरू करता है, जब तक कि IGBT पूरी तरह से स्विच किए गए राज्य में स्थानांतरित नहीं हो जाता है

Eoff (टर्न-ऑफ एनर्जी लॉस)

यह आगमनात्मक भार के लिए टर्न-ऑफ अवधि के दौरान होने वाली हानि का परिमाण है, जिसमें पूंछ वर्तमान शामिल है।

Eoff को उस बिंदु से मापा जाता है, जहां गेट करंट को सिर्फ काट दिया जाता है और कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज चढ़ाई शुरू कर देता है, जब तक कि IGBT पूरी तरह से बंद अवस्था में नहीं पहुंच जाता।

सारांश

इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGTB) डिवाइस एक प्रकार का थ्री-टर्मिनल पॉवर सेमीकंडक्टर डिवाइस है, जो मूल रूप से इलेक्ट्रॉनिक स्विच के रूप में उपयोग किया जाता है और अधिक नए उपकरणों में अत्यधिक तेज़ स्विचिंग और उच्च दक्षता का संयोजन प्रदान करने के लिए भी जाना जाता है।

उच्च वर्तमान अनुप्रयोगों के लिए IGBTs

आधुनिक उपकरणों की एक श्रृंखला जैसे VFDs (वाइएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव्स), वीएसएफ (वैरिएबल स्पीड रेफ्रिजरेटर), गाड़ियां, स्विचिंग एम्पलीफायर के साथ स्टीरियो सिस्टम, इलेक्ट्रिक कार, और एयर कंडीशनर इलेक्ट्रिक पावर को स्विच करने के लिए इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं।

कमी मोड IGBT का प्रतीक

यदि एम्पलीफायरों में इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जाता है, तो अक्सर वेवफॉर्म को संश्लेषित करते हैं जो कम-पास फिल्टर के साथ प्रकृति में जटिल होते हैं और इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर के रूप में पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन मूल रूप से तेज और तीव्र गति से चालू और बंद करने के लिए डिज़ाइन होते हैं।

नाड़ी पुनरावृत्ति दर आधुनिक उपकरणों द्वारा घमंड की जाती है जो स्विचिंग एप्लिकेशन से युक्त होती है और अल्ट्रासोनिक सीमा के भीतर अच्छी तरह से गिरती है जो वे आवृत्तियां होती हैं जो डिवाइस द्वारा संभाले गए उच्चतम ऑडियो फ्रीक्वेंसी की तुलना में दस गुना अधिक होती हैं जब उपकरणों को एक के रूप में उपयोग किया जाता है एनालॉग ऑडियो एम्पलीफायर।

MOSFETs एक साधारण गेट-ड्राइव के उच्च वर्तमान और विशेषताओं से मिलकर द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ संयुक्त होता है जिसमें IGTB द्वारा कम संतृप्ति-वोल्टेज क्षमता होती है।

IGBT BJT और Mosfet का एक संयोजन है

आईजीबीटी द्वारा एक एकल उपकरण द्विध्रुवी विद्युत ट्रांजिस्टर के संयोजन से बनाया जाता है जो एक स्विच और एक पृथक गेट FET के रूप में कार्य करता है जो नियंत्रण इनपुट के रूप में कार्य करता है।

इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGTB) का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनमें कई डिवाइस होते हैं जिन्हें एक दूसरे के समानांतर रखा जाता है और अधिकांश समय में बहुत उच्च धारा को संभालने की क्षमता होती है जो सैकड़ों एम्पीयर की सीमा में होते हैं अवरुद्ध वोल्टेज का 6000V, जो बदले में सैकड़ों किलोवाट के बराबर होता है, उच्च शक्ति जैसे कि प्रेरण हीटिंग, स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति, और कर्षण मोटर नियंत्रण के लिए मध्यम का उपयोग करता है। अछूता-फाटक द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर जो आकार में बड़े होते हैं।

IGBT सबसे उन्नत ट्रांजिस्टर हैं

इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGTB) उस समय का एक नया और हालिया आविष्कार है।

पहली पीढ़ी के उपकरण जो 1980 के दशक में आविष्कार और लॉन्च किए गए थे और 1990 के दशक के शुरुआती वर्षों में धीमी गति से स्विचिंग की प्रक्रिया पाई गई थी और वे अलग-अलग मोड जैसे लैचअप (जहां डिवाइस को चालू रखा जाएगा और चालू नहीं होगा) के माध्यम से विफलता का खतरा है जब तक करंट डिवाइस के माध्यम से बहता रहता है), और सेकंडरी ब्रेकडाउन (जहां जब डिवाइस में हाई करंट प्रवाहित होता है, तो डिवाइस में मौजूद एक स्थानीयकृत हॉटस्पॉट थर्मल रनवे में चला जाता है और परिणामस्वरूप डिवाइस जल जाता है)।

दूसरी पीढ़ी के उपकरणों और ब्लॉक में सबसे नए उपकरणों में बहुत सुधार देखा गया था, तीसरी पीढ़ी के उपकरणों को पहले टो पीढ़ी के उपकरणों से भी बेहतर माना जाता है।

आईजीटीटी के साथ प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं नए मॉसफेट्स

तीसरी पीढ़ी के उपकरणों में MOSFETs होते हैं जिनमें गति के साथ प्रतिद्वंद्विता होती है, और उत्कृष्ट स्तर की सहिष्णुता और असभ्यता होती है।

दूसरी और तीसरी पीढ़ी के उपकरणों में पल्स रेटिंग होती है जो कि बहुत अधिक होती है जो उन्हें प्लाज्मा भौतिकी और कण जैसे विभिन्न क्षेत्रों में बड़ी बिजली दालों को उत्पन्न करने के लिए बहुत उपयोगी बनाती है।

इस प्रकार दूसरी और तीसरी पीढ़ी के उपकरणों ने प्लाज्मा भौतिकी और कण के इन क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले ट्रिगर स्पार्क गैप और थायरेट्रोन जैसे ज्यादातर सभी पुराने उपकरणों को सुपरसीड किया है।

ये डिवाइस उच्च पल्स रेटिंग के अपने गुणों के कारण हाई-वोल्टेज के शौक के लिए आकर्षण रखते हैं और बाजार में कम कीमतों पर उपलब्ध होते हैं।

यह कुंडल-मसूड़ों और टेस्ला कॉइल जैसे उपकरणों को चलाने के लिए बड़ी मात्रा में शक्ति को नियंत्रित करने के लिए हॉबीस्ट को सक्षम बनाता है।

अछूता-फाटक द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर सस्ती मूल्य सीमा पर उपलब्ध हैं और इस प्रकार यह हाइब्रिड कारों और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए एक महत्वपूर्ण एनबलर के रूप में कार्य करता है।

के सौजन्य से: रेनेसा




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