Igbt

IGBT est une forme courte de transistor bipolaire à grille isolée, combinaison de transistor bipolaire à jonction (BJT) et de transistor à effet de champ à oxyde métallique (MOS-FET). C'est un dispositif semi-conducteur utilisé pour la commutation d'applications liées.

Comme l'IGBT est une combinaison de MOSFET et de transistor, il présente les avantages des transistors et du MOSFET. Le MOSFET présente les avantages d'une vitesse de commutation élevée avec une impédance élevée et de l'autre côté, le BJT a l'avantage d'un gain élevé et d'une faible tension de saturation, les deux sont présents dans le transistor IGBT. L'IGBT est un semi-conducteur contrôlé en tension qui permet des courants d'émetteur de collecteur importants avec une commande de courant de grille presque nulle.

Comme discuté, l'IGBT présente les avantages à la fois du MOSFET et des BJT, l'IGBT a la même porte isolée que les MOSFET typiques et les mêmes caractéristiques de transfert de sortie. Bien que le BJT soit un dispositif contrôlé en courant, mais pour l'IGBT, le contrôle dépend du MOSFET, il s'agit donc d'un dispositif contrôlé en tension, équivalent aux MOSFET standard.

Circuit équivalent IGBT et symbole

Dans l'image ci-dessus, le circuit équivalent de l'IGBT est montré. C'est la même structure de circuit utilisée dans Darlington Transistor où deux transistors sont connectés exactement de la même manière. Comme nous pouvons le voir sur l'image ci-dessus, l'IGBT combine deux appareils, le MOSFET à canal N et le transistor PNP. Le MOSFET à canal N pilote le transistor PNP. La broche d'un BJT standard comprend un collecteur, un émetteur, une base et une broche MOSFET standard comprend une porte, un drain et une source. Mais dans le cas des broches du transistor IGBT, c'est la porte, qui provient du MOSFET à canal N et le collecteur et l' émetteur proviennent du transistor PNP.

Dans le transistor PNP, le collecteur et l'émetteur sont le chemin de conduction et lorsque l'IGBT est allumé, il est conduit et transporte le courant à travers lui. Ce chemin est contrôlé par le MOSFET à canal N.

Dans le cas du BJT, nous calculons le gain qui est noté Beta (

Dans l'image ci-dessus, le symbole de l'IGBT est affiché. Comme nous pouvons le voir, le symbole comprend la partie émetteur de collecteur du transistor et la partie grille du MOSFET. Les trois bornes sont représentées par Gate, Collector et Emitter.

En mode conducteur ou en mode « ON », le courant passe du collecteur à l' émetteur. La même chose se produit pour le transistor BJT. Mais dans le cas de l'IGBT, il y a Gate au lieu de base. La différence entre la tension de porte à émetteur est appelée Vge et la différence de tension entre collecteur à émetteur est appelée Vce.

Le courant de l'émetteur (Ie) est presque le même que le courant du collecteur (Ic), Ie = Ic. Comme le flux de courant est relativement le même dans le collecteur et dans l'émetteur, le Vce est très faible.

En savoir plus sur BJT et MOSFET ici.

Applications de l'IGBT:

L'IGBT est principalement utilisé dans les applications liées à l'énergie. Les BJT de puissance standard ont des propriétés de réponse très lentes, tandis que le MOSFET convient à une application de commutation rapide, mais le MOSFET est un choix coûteux lorsqu'un courant nominal plus élevé est requis. L'IGBT convient pour remplacer les BJT de puissance et les MOSFET de puissance.

En outre, l' IGBT offre une résistance `` ON '' inférieure par rapport aux BJT et, en raison de cette propriété, l'IGBT est efficace thermiquement dans les applications à haute puissance.

Les applications IGBT sont vastes dans le domaine de l'électronique. En raison de la faible résistance, du courant très élevé, de la vitesse de commutation élevée, de l'entraînement de porte zéro, les IGBT sont utilisés dans la commande de moteur haute puissance, les onduleurs, l'alimentation à découpage avec zones de conversion haute fréquence.

Dans l'image ci-dessus, l'application de commutation de base est illustrée à l'aide de l'IGBT. Le RL, est une charge résistive connectée entre l'émetteur de l'IGBT à la terre. La différence de tension aux bornes de la charge est désignée par VRL. La charge peut également être inductive. Et sur le côté droit, un circuit différent est montré. La charge est connectée à travers le collecteur où, en tant que protection de courant, la résistance est connectée à l'émetteur. Le courant passera du collecteur à l'émetteur dans les deux cas.

Dans le cas des BJT, nous devons fournir un courant constant à travers la base du BJT. Mais dans le cas de l'IGBT, comme pour le MOSFET, nous devons fournir une tension constante à travers la grille et la saturation est maintenue dans un état constant.

Dans le cas de gauche, la différence de tension, VIN qui est la différence de potentiel de l'entrée (porte) avec la terre / VSS, contrôle le courant de sortie circulant du collecteur à l'émetteur. La différence de tension entre VCC et GND est presque la même sur la charge.

Sur le circuit du côté droit, le courant traversant la charge dépend de la tension divisée par la valeur RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

Le transistor bipolaire à porte isolée (IGBT) peut être commuté sur « ON » et « OFF » en activant la porte. Si nous rendons la porte plus positive en appliquant une tension à travers la porte, l'émetteur de l'IGBT maintient l'IGBT dans son état « ON » et si nous faisons pousser la porte négative ou zéro, l'IGBT restera dans l'état « OFF ». C'est la même chose que la commutation BJT et MOSFET.

Courbe IGBT IV et caractéristiques de transfert

Dans l'image ci-dessus, les caractéristiques IV sont affichées en fonction de la tension de grille ou Vge différente. L' axe X désigne la tension de l'émetteur du collecteur ou Vce et l' axe Y désigne le courant du collecteur. Pendant l'état d'arrêt, le courant circulant à travers le collecteur et la tension de grille est nul. Lorsque nous modifions le Vge ou la tension de grille, l'appareil entre dans la région active. Une tension stable et continue à travers la grille fournit un flux de courant continu et stable à travers le collecteur. L'augmentation de Vge augmente proportionnellement le courant du collecteur, Vge3> Vge2> Vge3. BV est la tension de claquage de l'IGBT.

Cette courbe est presque identique à la courbe de transfert IV de BJT, mais ici Vge est montré parce que l'IGBT est un dispositif commandé en tension.

Dans l'image ci-dessus, la caractéristique de transfert de l'IGBT est affichée. Il est presque identique au PMOSFET. L'IGBT passera à l'état « ON » après que Vge soit supérieur à une valeur seuil en fonction de la spécification IGBT.

Voici un tableau de comparaison qui nous donnera une image juste de la différence entre IGBT avec POWER BJT et Power MOSFET.

Caractéristiques de l'appareil	IGBT	MOSFET de puissance	PUISSANCE BJT
Tension nominale
Note actuelle
Dispositif d'entrée
Impédance d'entrée
Impédance de sortie
Vitesse de commutation
Coût

Dans la vidéo suivante, nous verrons le circuit de commutation du transistor IGBT.