단열 게이트 양극 트랜지스터 (IGBT) 는 현대 전력 전자제품에 널리 사용되는 반도체 장치입니다.MOSFET의 높은 입력 임피던스 및 빠른 스위칭을 양극 트랜지스터의 낮은 전도 손실과 결합, IGBT는 효율적인 고전압, 고전류 스위치를 필요로 하는 애플리케이션의 선택이 되었습니다.
IGBT는 세 개의 주요 영역을 통합합니다.
포트 (G):MOSFET처럼 채널 형성을 제어합니다.
수집기 (C) 및 발산기 (E):양극적 트랜지스터처럼 높은 전력 전류를 운반합니다.
게이트에 양전압이 가해지면, 전자들은 게이트 산소의 아래에 축적되어 전도 채널을 만듭니다. 이 채널은 전자들이 발산기에서 수집기에 흐를 수 있도록 합니다.그 다음 p형 컬렉터 영역에서 구멍을 주입하여 낮은 저항 전류 경로를 생성합니다.게이트 전압을 제거하면 채널이 고갈되어 전류 흐름을 차단합니다.
고전압 용량:IGBT는 몇 백 볼트에서 몇 킬로 볼트까지의 전압을 쉽게 처리하여 산업용 드라이브와 재생 에너지 변환기에 적합합니다.
낮은 유도 손실:일단 켜면, 장치가 매우 낮은 전압 하락을 나타냅니다. 무거운 부하에서도 높은 효율을 나타냅니다.
빠른 전환:낮은 전압에서 순수한 MOSFET만큼 빠르지 않지만, 현대 IGBT는 많은 PWM (펄스 너비 변조) 응용 프로그램에 충분히 빠르게 (십에서 수백 나노초) 전환합니다.
내구성:과도한 전압 및 단장 사건에 대한 강한 양극성 특성 및 짧은 기간 동안 높은 전류 급류에 견딜 수있는 능력으로 인해.
꼬리 전류:끄는 시, 전하 운반자의 ′′tail′′는 전류 붕괴를 느리게 하며, 스위치 손실을 약간 증가시키고 최대 스위치 주파수를 제한합니다. (대용량 모듈의 경우 종종 <50kHz).
열 관리:높은 전력 밀도는 효율적인 열 침몰과 안전 한계 (일반적으로 <150 °C) 이하의 접합 온도를 유지하기 위해 신중한 포장을 요구합니다.
게이트 드라이브 요구 사항:IGBT는 정밀한 게이트 전압 제어 (완전 켜기 위해 + 15 V, 켜기 위해 5 V ~ 15 V) 를 필요로하며 드라이버 회로는 높은 전압에서 레벨 전환을 처리해야합니다.
IGBT는 분리된 패키지 (TO-247, TO-264, 등) 와 더 높은 전력 레벨을 위한 멀티 칩 모듈 (IGBT 모듈) 으로 제공됩니다. 주요 데이터 시트 매개 변수는 다음과 같습니다.
차단 전압 (V)CES):장치가 꺼질 때 차단할 수 있는 최대 전압
콜렉터 전류 (IC):최대 연속 전류 등급
전환 시간 (t)에, t켜):켜고 끄는 지연
전체 전력 손실 (P)손실):열 설계에 중요한 전도성 및 전환 손실의 합
IGBT를 선택할 때 다음을 고려해야 합니다.
전압급:V와 일치합니다CES최대 DC 버스 + 마진 (예를 들어, 700 V 버스에 1200 V 장치)
현재 등급:연속 전류와 정점 전류가 온도 감축을 고려하여 부하 요구 사항을 초과하는 장치를 선택하십시오.
전환 주파수:낮은 주파수 (<10 kHz) 는 더 크고 저손실 IGBT를 선호합니다. 더 높은 주파수를 위해 더 빠른 ′′ 트렌치 ′′ 또는 ′′ 필드 스톱 ′′ 디자인을 고려하십시오.
열 저항:모듈 레벨 R제1회(건물과 연결) 및 패키지 설계가 열 침몰 요구 사항에 영향을 미칩니다.
게이트 충전:낮은 게이트 충전 IGBT는 더 적은 드라이브 전류를 요구하며 드라이버 디자인을 단순화합니다.
열 침몰:적절한 열 인터페이스 재료와 크기의 히트 싱크를 사용하여 안전 한계 내에서 접합 온도를 유지하십시오.
스나버 회로:RC 또는 RCD 스나버는 켜기 중에 전압 스파이크를 제한하고 장치의 무결성을 보호합니다.
초전류 보호:빠른 게이트 드라이브 종료 또는 외부 피지션은 단회로로부터 보호.
부드러운 종료:점진적인 전류 감소 기술은 과부하 상태에서 열 스트레스를 예방할 수 있습니다.
실리콘 IGBT는 여전히 지배적이지만, 실리콘 탄화수소 (SiC) MOSFET 및 갈리엄 나이트라이드 (GaN) 트랜지스터와 같은 넓은 대역 물질이 등장하고 있습니다.더 높은 온도 작동그러나 고전압 및 고전류 시나리오에서 최적화된 IGBT 모듈은 예측 가능한 미래에 비용 효율이 계속 될 것입니다.
IGBT는 전력 변환 시스템에서 중추적인 역할을 합니다. 고전압 견고성과 효율적인 고전류 스위치 사이의 균형을 이루는 것입니다.및 신청 요구 사항, 엔지니어는 시스템 성능, 신뢰성 및 비용 효율성을 극대화하는 IGBT 솔루션을 선택하고 구현할 수 있습니다.
단열 게이트 양극 트랜지스터 (IGBT) 는 현대 전력 전자제품에 널리 사용되는 반도체 장치입니다.MOSFET의 높은 입력 임피던스 및 빠른 스위칭을 양극 트랜지스터의 낮은 전도 손실과 결합, IGBT는 효율적인 고전압, 고전류 스위치를 필요로 하는 애플리케이션의 선택이 되었습니다.
IGBT는 세 개의 주요 영역을 통합합니다.
포트 (G):MOSFET처럼 채널 형성을 제어합니다.
수집기 (C) 및 발산기 (E):양극적 트랜지스터처럼 높은 전력 전류를 운반합니다.
게이트에 양전압이 가해지면, 전자들은 게이트 산소의 아래에 축적되어 전도 채널을 만듭니다. 이 채널은 전자들이 발산기에서 수집기에 흐를 수 있도록 합니다.그 다음 p형 컬렉터 영역에서 구멍을 주입하여 낮은 저항 전류 경로를 생성합니다.게이트 전압을 제거하면 채널이 고갈되어 전류 흐름을 차단합니다.
고전압 용량:IGBT는 몇 백 볼트에서 몇 킬로 볼트까지의 전압을 쉽게 처리하여 산업용 드라이브와 재생 에너지 변환기에 적합합니다.
낮은 유도 손실:일단 켜면, 장치가 매우 낮은 전압 하락을 나타냅니다. 무거운 부하에서도 높은 효율을 나타냅니다.
빠른 전환:낮은 전압에서 순수한 MOSFET만큼 빠르지 않지만, 현대 IGBT는 많은 PWM (펄스 너비 변조) 응용 프로그램에 충분히 빠르게 (십에서 수백 나노초) 전환합니다.
내구성:과도한 전압 및 단장 사건에 대한 강한 양극성 특성 및 짧은 기간 동안 높은 전류 급류에 견딜 수있는 능력으로 인해.
꼬리 전류:끄는 시, 전하 운반자의 ′′tail′′는 전류 붕괴를 느리게 하며, 스위치 손실을 약간 증가시키고 최대 스위치 주파수를 제한합니다. (대용량 모듈의 경우 종종 <50kHz).
열 관리:높은 전력 밀도는 효율적인 열 침몰과 안전 한계 (일반적으로 <150 °C) 이하의 접합 온도를 유지하기 위해 신중한 포장을 요구합니다.
게이트 드라이브 요구 사항:IGBT는 정밀한 게이트 전압 제어 (완전 켜기 위해 + 15 V, 켜기 위해 5 V ~ 15 V) 를 필요로하며 드라이버 회로는 높은 전압에서 레벨 전환을 처리해야합니다.
IGBT는 분리된 패키지 (TO-247, TO-264, 등) 와 더 높은 전력 레벨을 위한 멀티 칩 모듈 (IGBT 모듈) 으로 제공됩니다. 주요 데이터 시트 매개 변수는 다음과 같습니다.
차단 전압 (V)CES):장치가 꺼질 때 차단할 수 있는 최대 전압
콜렉터 전류 (IC):최대 연속 전류 등급
전환 시간 (t)에, t켜):켜고 끄는 지연
전체 전력 손실 (P)손실):열 설계에 중요한 전도성 및 전환 손실의 합
IGBT를 선택할 때 다음을 고려해야 합니다.
전압급:V와 일치합니다CES최대 DC 버스 + 마진 (예를 들어, 700 V 버스에 1200 V 장치)
현재 등급:연속 전류와 정점 전류가 온도 감축을 고려하여 부하 요구 사항을 초과하는 장치를 선택하십시오.
전환 주파수:낮은 주파수 (<10 kHz) 는 더 크고 저손실 IGBT를 선호합니다. 더 높은 주파수를 위해 더 빠른 ′′ 트렌치 ′′ 또는 ′′ 필드 스톱 ′′ 디자인을 고려하십시오.
열 저항:모듈 레벨 R제1회(건물과 연결) 및 패키지 설계가 열 침몰 요구 사항에 영향을 미칩니다.
게이트 충전:낮은 게이트 충전 IGBT는 더 적은 드라이브 전류를 요구하며 드라이버 디자인을 단순화합니다.
열 침몰:적절한 열 인터페이스 재료와 크기의 히트 싱크를 사용하여 안전 한계 내에서 접합 온도를 유지하십시오.
스나버 회로:RC 또는 RCD 스나버는 켜기 중에 전압 스파이크를 제한하고 장치의 무결성을 보호합니다.
초전류 보호:빠른 게이트 드라이브 종료 또는 외부 피지션은 단회로로부터 보호.
부드러운 종료:점진적인 전류 감소 기술은 과부하 상태에서 열 스트레스를 예방할 수 있습니다.
실리콘 IGBT는 여전히 지배적이지만, 실리콘 탄화수소 (SiC) MOSFET 및 갈리엄 나이트라이드 (GaN) 트랜지스터와 같은 넓은 대역 물질이 등장하고 있습니다.더 높은 온도 작동그러나 고전압 및 고전류 시나리오에서 최적화된 IGBT 모듈은 예측 가능한 미래에 비용 효율이 계속 될 것입니다.
IGBT는 전력 변환 시스템에서 중추적인 역할을 합니다. 고전압 견고성과 효율적인 고전류 스위치 사이의 균형을 이루는 것입니다.및 신청 요구 사항, 엔지니어는 시스템 성능, 신뢰성 및 비용 효율성을 극대화하는 IGBT 솔루션을 선택하고 구현할 수 있습니다.
