نحوه راه اندازی ترانزیستورهای IGBT

در این مطلب آموزشی قصد داریم نحوه راه اندازی ترانزیستور های IGBT را برای شما توضیح دهیم با ما همراه باشید.

عنصر IGBT نيازمند ولتاژ گيت–اميتر جهت كنترل ميزان هدايت میان كلكتور و اميترش است. اين ولتاژ توسط مدارهاي راه انداز مختلفي مي تواند اعمال شود.

مدار راه انداز تأثير به سزائي بر عملكرد IGBT از نظر اتلاف روشني و خاموشي، توانايي حفاظت اتصال كوتاه، زمان سوئيچينگ و حفاظت در برابر تغییرات ولتاژ گذرا در واحد زمان dv/dt را دارد.

بنابراين طرح مدار راه انداز جهت عملكرد مناسب ادوات IGBT نسبتاً بحرانی محسوب می­شود.

نقطه نظراتي كه در طرح يك راه انداز مناسب بايد لحاظ شوند به طور خلاصه عبارتند از :

  1. تهیه ولتاژ گیت – امیتر مناسب به منظور روشنی کامل IGBT
  2. تهيه جريان اوليه نسبتاً زياد در فرآيند روشني به جهت كاهش اتلاف روشني. جريان مورد نياز اغلب در حد 6 آمپر و يا بالاتر مي باشد.
  3. تأمين ولتاژ معكوس در طي زمان خاموشي به جهت بهبود ولتاژ گذرا در واحد زمان dv/dt ، نویز EMI  و کاهش اتلاف زمان خاموشی IGBT.
  4. فراهم آوردن ايزولاسيون كافي ميان مدار قدرت و كنترل.
  5. محافظت IGBT به هنگام اتصال کوتاه. در این حالت راه انداز گیت، ولتاژ معکوس به گیت – امیتر اعمال کرده و سیگنال خطا را به واحد کنترل ارسال می­کند.

خوشبختانه مدارهای راه انداز متنوعی که اغلب برای راه اندازی ماژول­های IGBT مناسب می­باشند طراحی و ساخته شده­اند اما متأسفانه اين مدارها بسيار گران هستند و در نتيجه در توليد مبدل­هاي قدرت نيازمند آن هستيم كه راه اندازهاي گيت ارزان كه براي شرايط كاري مختلف مناسب باشند، توسعه داده شوند.

بلوک دیاگرام راه انداز IGBT

روشن شدن IGBT

زمانی که قطعه در حال انسداد مستقیم است، اگر ولتاژ گیت بیش از ولتاژ آستانه شود، در این صورت ناحیه P به عقب رانده شده و کانالی از نوع N در آن ایجاد می­شود و جریان از طریق این کانال برقرار می شود. در این زمان ولتاژ آند به کاتد باید بیشتراز 0.7 ولت (سد پتانسیل) باشد تا پیوند بین بستر P مثبت و ناحیه رانشی N منفی (J1) به صورت مستقیم بایاس شود.

جریان الکترون­ها که از N مثبت امیتر از طریق کانال به سمت ناحیه رانشی N منفی برقرار است جریان تحریک بیس ترانزیستورPNP می باشد.

جریان الکترون­ها باعث القا شدن جریانی از حفره ­ها از ناحیه P مثبت به سمت ناحیه N منفی بیس می­شود که بر اثر این تزریق حامل­های اقلیت، مدوله کننده­ی رسانندگی و رسانایی ناحیه رانشی افزایش می­یابد. این مدوله کننده­ی رسانندگی، IGBT ها را قادر می­سازد تا در کاربردهای ولتاژ بالا با کاهش چشمگیر مقاومت ناحیه رانشی مورد استفاده قرار گیرند.

دو نوع جریان در پایه امیتر برقرار است. یکی جریان الکترون­ها (جریان ماسفت) در داخل کانال و دیگری جریان حفره ها(جریان دو قطبی) که در پیوند P مثبت بدنه و ناحیه رانشی N منفی (J2)  برقرار است.

خاموش شدن IGBT

در این حالت گیت باید با امیتر اتصال کوتاه یا یک ولتاژ منفی به آن اعمال شود. وقتی ولتاژ گیت کمتر از ولتاژآستانه شد لایه بیرونی نمی­تواند باقی بماند و منبع الکترون­ها در ناحیه رانشی N منفی مسدود می­شود و در این زمان فرایند خاموش شدن شروع می شود.

به علت تجمع زیاد حامل­های اقلیت تزریق شده در لایه رانشی N منفی در زمان هدایت مستقیم فرایند خاموش شدن نمی­تواند به سرعت کامل شود. جریان کلکتور ابتدا به علت پایان الکترون­ها در کانال به سرعت وسپس همزمان با کاهش چگالی حامل­ های تقلیت بر اثر باز ترکیب شدن به تدریج کاهش می­یابد.

باتشکر از حسن توجه شما امیدواریم این مطلب آموزشی برای شما مفید باشد برای دیدن سایر مطالب آموزشی می توانید روی این لینک کلیک کنید.

همچنین برای دیدن سایر آموزش های مربوط به IGBT  روی این لینک کلیک کنید.