Co to jest bipolarny tranzystor z izolowaną bramką?

Na najprostszym poziomie tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT) jest przełącznikiem stosowanym do umożliwienia dopływu mocy, gdy jest on włączony, i do zatrzymania przepływu mocy, gdy jest on wyłączony. IGBT jest urządzeniem półprzewodnikowym, co oznacza, że ​​nie ma ruchomych części. Zamiast otwierania i zamykania połączenia fizycznego, działa ono poprzez przyłożenie napięcia do elementu półprzewodnikowego, zwanego podstawą, który zmienia swoje właściwości, tworząc lub blokując ścieżkę elektryczną.

Najbardziej oczywistą zaletą tej technologii jest brak ruchomych części do zużycia. Technologia półprzewodnikowa nie jest jednak doskonała. Nadal występują problemy z opornością elektryczną, wymaganiami dotyczącymi zasilania, a nawet czasem wymaganym do działania przełącznika.

Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką jest ulepszonym typem tranzystora zaprojektowanym w celu zminimalizowania niektórych wad konwencjonalnego tranzystora półprzewodnikowego. Oferuje niską rezystancję i dużą prędkość po włączeniu w tranzystorze polowym z efektem metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET), choć jego wyłączenie jest nieco wolniejsze. Nie wymaga również stałego źródła napięcia, jak robią to inne typy tranzystorów.

Po włączeniu IGBT napięcie jest doprowadzane do bramki. To tworzy kanał dla prądu elektrycznego. Prąd podstawowy jest następnie dostarczany i przepływa przez kanał. Jest to zasadniczo identyczne z tym, jak działa MOSFET. Wyjątkiem jest to, że konstrukcja tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką wpływa na to, jak obwód się wyłącza.

Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką ma inne podłoże lub materiał bazowy niż MOSFET. Podłoże zapewnia ścieżkę do uziemienia elektrycznego. MOSFET ma podłoże N +, podczas gdy podłoże IGBT to P + z buforem N + na górze.

Ta konstrukcja wpływa na sposób wyłączania przełącznika w tranzystorze IGBT, umożliwiając jego wystąpienie w dwóch etapach. Po pierwsze, prąd spada bardzo szybko. Po drugie, występuje efekt zwany rekombinacją, podczas którego bufor N + na powierzchni podłoża eliminuje zgromadzony ładunek elektryczny. Wyłączenie odbywa się w dwóch etapach, zajmuje to trochę więcej czasu niż w przypadku MOSFET.

Ich właściwości pozwalają na wytwarzanie tranzystorów IGBT mniejszych niż konwencjonalne tranzystory MOSFET. Standardowy tranzystor bipolarny wymaga nieco większej powierzchni półprzewodnika niż IGBT; MOSFET wymaga ponad dwa razy więcej. To znacznie zmniejsza koszty produkcji IGBT i pozwala zintegrować więcej z nich w jednym układzie. Zapotrzebowanie mocy na działanie tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką jest również niższe niż w innych aplikacjach.