Das bipolare isolierte Gate (IGBT - Insulated-gate bipolar transistor) ist ein Halbleitergerät, das häufig zur Steuerung starker elektrischer Ströme verwendet wird. IGBT kombiniert die Vorteile eines Bipolartransistors und eines Feldtransistors (MOSFET).
IGBT hat eine hohe Verstärkung, geringe Energieverluste und die Fähigkeit, große elektrische Ströme zu schalten. Dies macht es ideal für den Einsatz in verschiedenen Bereichen, einschließlich Energie, Industrie und Transport.
Der Hauptvorteil von IGBT liegt in der Fähigkeit, hohe Ströme bei niedriger Steuerspannung zu schalten. Aus diesem Grund kann IGBT verwendet werden, um effiziente Leistungsmodule zu erstellen, die in der Lage sind, hohe elektrische Leistung zu steuern.
Das Funktionsprinzip von IGBT basiert auf der Verwendung eines Schiebers, der mit einem Oxidfilm vom Leistungskanal isoliert ist. Wenn eine Steuerspannung am Gate angelegt wird, wird eine Ladung im Oxidfilm erzeugt, die die Leitfähigkeit des Kraftkanals beeinflusst und den durch den Transistor strömenden Strom steuert. Dieses Prinzip ermöglicht die Steuerung des IGBT-Zustands, was es für verschiedene Aufgaben wie die Steuerung von Frequenz und Spannung in elektrischen Schaltungen nützlich macht.
Bipolare isolierte IGBT-Absperrklappen: Zweck und Funktionsprinzip
Die primäre Verwendung von bipolaren isolierten IGBT-Gattern ist die Steuerung großer Ströme und Spannungen und somit die ideale Lösung für den Einsatz in verschiedenen Leistungssystemen wie Wechselrichtern, Frequenzumrichtern und Stellantrieben.
Das Funktionsprinzip von IGBT basiert auf der Kombination von MOSFET- und BJT-Effekten. Dieser Transistor besteht aus drei Schichten: Kollektor, Emitter und Basis sowie einer Isolierschicht, die das Gate und die Basis des Transistors trennt. Während des Betriebs wird die Spannung auf den Gate angewendet, indem das elektrische Feld im gesteuerten Kanal verändert wird, was zu einer Entstehung oder fehlenden Leitfähigkeit zwischen Kollektor und Emitter führt.
| Transistor-Typ | Vorteile |
|---|---|
| MOSFET | Geringer Energieverlust, hohe Schaltgeschwindigkeit |
| BJT | Hohe Fähigkeit, große Ströme zu tolerieren |
| IGBT | Hohe Leistung, geringer Energieverlust |
Aufgrund seiner einzigartigen Struktur bieten die bipolaren, isolierten IGBT-Gatter hohe Arbeitseffizienz, hohe Zuverlässigkeit und die Fähigkeit, mit hohen Strömen und Spannungen zu arbeiten. Ihre weit verbreitete Anwendung in Leistungssystemen macht sie zu einem integralen Bestandteil der modernen Elektronik und Industrie.
Was sind bipolare isolierte IGBT-Verschlüsse?
IGBT-Transistoren bieten die Möglichkeit, große Ströme effizient zu steuern, während sie einen relativ geringen Widerstand haben und schnell wechseln können. Sie sind sehr energieintensiv und können bei hohen Temperaturen arbeiten.
Der Hauptvorteil von bipolaren isolierten IGBT-Gattern besteht darin, dass sie eine größere Schaltleistung und einen hohen Gate-Widerstand bieten, wodurch sie mit niedrigen Steuerspannungspegeln arbeiten können. Dies macht sie zu einer idealen Wahl für Anwendungen in hochleistungsfähigen Systemen wie Umrichtern, Umrichtern und Motorreglern.
Funktionsprinzip von bipolaren isolierten IGBT-Verschlüssen
Das Funktionsprinzip der bipolaren isolierten IGBT-Gatter basiert auf einer dreischichtigen Struktur, die aus Emitter, Kollektor und Basis besteht. Die Hauptkomponenten einer solchen Struktur umfassen:
| Emitter | Die Quelle der Ladungsträger (Elektronen) für den Betrieb des Geräts. Die Ladungsträger werden durch die Basis unter dem Einfluss des elektrischen Feldes des Verschlusses zum Kollektor geleitet. |
| Kollektor | Berechnet und gibt die Ströme, die vom Emitter an die externe Schaltung fließen, zurück. |
| Grundlage | Steuert den Fluss von Ladungsträgern vom Emitter zum Kollektor unter dem Einfluss des elektrischen Gatterfeldes. |
| Verschluß | Er ist verantwortlich für die Steuerung des elektrischen Feldes im Inneren des Geräts und damit für die Steuerung des Durchflusses der Ladungsträger. |
Der Betrieb von bipolaren isolierten IGBT-Verschlüssen kann wie folgt dargestellt werden:
- Anfangszustand: es gibt keine Schließspannung, der Verschluss befindet sich im offenen Zustand.
- Positive Potentialzufuhr zum Gate: Wenn eine positive Spannung an das Gate angelegt wird, beginnt die Bildung einer Magerschicht im Bereich der Basis, wodurch verhindert wird, dass Ladungsträger vom Emitter zum Kollektor fließen.
- Verschlussspannungsreduzierung: Wenn die Verschlussspannung abnimmt, wird das elektrische Feld schwächer und die verarmte Schicht wird reduziert. Folglich besteht die Möglichkeit, dass Ladungsträger fließen.
- Ein-Zustand: durch die Verringerung der Sperrspannung verschwindet das elektrische Feld im Bereich der Basis vollständig und der Fluss der Ladungsträger zwischen dem Emitter und dem Kollektor wird möglich.
Die bipolaren, isolierten IGBT-Gatter ermöglichen somit eine effiziente Steuerung des Ladungsträgerstroms und bieten eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit bei hohen Spannungen und Strömen.
