Igbt модуль что это

IGBT – это полупроводниковые изделия, имеющие три соединительные клеммы . Русский аналог аббревиатуры – БТИЗ.

IGBT компоненты используются практически во всех современных электронных схемах, которые имеют мощность среднего, а также высокого уровней. В микросхемах эти компоненты используются в качестве электронного ключа с высокой мощностью.

БТИЗ обладают интегральной структурой, соединяющий в себе биполярный, а также полевой транзистор. При этом IGBT обладают достоинствами, которые присущи обоим типам транзисторов.

Технология IGBT берет свое начало в 80-х. Постепенно IGBT транзисторы развивались, совершенствовались, их характеристики улучшались. IGBT элементы активно внедрялись в электронику. Это и привело к тому, что сегодня подобные транзисторы являются неотъемлемой частью электронных устройств.

Модули: особенности и известные производители

IGBT могут иметь как дискретное, так и модульное исполнение. IGBT модуль представляет собой силовую сборку, сделанную на основе IGBT транзисторов. Подобные модули достаточно распространены сегодня в разных сферах и имеют широкую область применения. В частности, они используются в качестве цепи преобразователей напряжений. Эти изделия применяются для целей управления приводами электродвигателей , они также выступают в качестве исполнительных устройств промышленной автоматики, находят свое применение в ИБП .

Подобные модули имеют перечень важных достоинств. В таковым можно отнести несложную установку, присутствие изоляции, а также охлаждение.

IGBT модули – устройства достаточно востребованные, а потому их изготовлением занимается большое количество компаний, в том числе достаточно крупных. В частности, производством подобной продукции занимается немецкая фирма Infineon. Эта компания является видным производителем микросхем. В ее ассортименте также есть и хороший выбор IGBT модулей. Например, неплохим спросом пользуется IGBT модуль m12 100 12 е2, выпускаемый немецкой фирмой.

Также отметим, что компания Infineon применяет технологию IGBT4. Он дает возможность сделать больше плотность мощности IGBT элементов. IGBT обеспечивает примерно на 20% меньшие потери во время переключения по сравнению с более ранней версией технологии IGBT3. Кроме того, IGBT4 дает существенно большую способность к циклированию мощности.

Помимо этого, Infineon также использует технологию PressFIT. Благодаря ей становится возможной надежная установка силовых элементов без использования припоя. PressFIT значительно уменьшает время, необходимое для сборки. Это необходимо по нынешним требованиям бессвинцовой технологии. Еще с 2006 года согласно новым правилам большая часть припоев, содержащих свинец, должны быть заменены безопасными аналогами. Именно поэтому сегодня используют силовые модули IGBT микрон , которые имеют более высокую температуру плавления и металлизации платы оловом, не включающим в свой состав свинец. Это, в свою очередь, оказывает значительное воздействие на процесс монтажа.

Обязательно к просмотру! Все, что нужно знать про IGBT транзисторы (Ака Касьян)

Еще один бренд, который специализируется на выпуске продукции подобного толка – это фирма Danfoss. Это датская компания, которая занимается выпуском промышленной автоматики, приводной техники, а также других видов продукции. В ее ассортименте есть и полупроводниковые изделия, такие как транзисторы. Один из образцов продукции этого бренда, ощущающий интерес со стороны покупателей – это модуль Danfoss IGBT dp15h1200to101982 . Данное устройство обладает отличными характеристиками и превосходно выполняет свои задачи.

Еще одним видным производителем транзисторных модулей является крупная японская корпорация Mitsubishi. В ассортимент компании входит большой спектр полупроводниковых изделий. Среди прочего компания производит и силовые модули различных типов. Силовые модули японского бренда обладают отличной надежностью и хорошим уровнем производительности. Одна из моделей IGBT этой фирмы – это модуль cm800dz 34h IGBT. Изделие обладает отличными параметрами.

Электронные ключи

• малое время включения/отключения;
• неограниченное количество циклов переключения;
• невысокую зависимость параметров от температуры;
• малое сопротивление в открытом состоянии;
• полное отсутствие искрообразования.

Многие устройства содержат дополнительный защитный переход (диод), который эффективно борется с возникновением опасных напряжений, вызванных самоиндукцией в индукционных нагрузках. Также этот встроенный диод или интегрированный непосредственно на кристалле защищает от импульсных превышений напряжения, возникающих в сети электропитания. Мощность коммутируемой нагрузки удается увеличить, если установить основание прибора на теплоотвод, который может быть воздушным либо жидкостным.

Многоцелевое использование

• высокий КПД;
• высокая плавность нарастания скорости движения;
• возможность применения рекуперативного торможения практически на любой скорости.

• защита по току;
• защита от КЗ;
• мониторинг с предохранением;
• температурная защита;
• сохранность при замыкании положительного либо отрицательного выхода.

Применение таких приборов позволит в значительной степени упростить систему управления нагрузкой, что позволит уменьшить цену изготавливаемого устройства. Также интеллектуальные силовые устройства могут стать наиболее эффективным и максимально совместимым аналогом силовых коммутационных устройств различного типа.

Граничная частота модулей небольшая, около 10 кГц. Этого достаточно для использования их в качестве частотных преобразователей силовых цепей, питания электродвигателей. Зато, по сравнению с Mosfet-транзисторами, на IGBT модули практически никак не влияют паразитные индуктивности и емкости, находящиеся в цепях питания или нагрузки.

Свойства устройств по своим параметрам приближаются к механическим контактным переключателям, но без образования дуги с ничтожно малым временем процесса коммутации. Параметры зависят от материала, технологии, а также оборудования для их изготовления.

Применение IGBT модулей

Создание высокоэффективных силовых устройств в сфере преобразования электроэнергии позволило существенно оптимизировать производственные процессы в разных промышленных отраслях. Среди современных электрических приборов, используемых в составе энергосберегающих технологий, одно из ведущих мест занимают транзисторные IGBT модули.

Поиск новых более эффективных решений в области преобразования электроэнергии с одновременной минимизацией потерь, улучшением шумовых характеристик, повышением стойкости к большим нагрузкам позволило получить разные по конструкции модули. На сегодняшний день преобразователи электроэнергии выпускаются в нескольких исполнениях, среди которых наиболее распространены:

• модули в прямоугольных корпусах паяной конструкции;
• устройства в таблеточном исполнении;
• приборы в корпусе прямоугольной конфигурации в прижимной конструкции.

Каждая из модификаций силовых ключей обладает своими особенностями и предназначена для определенных условий эксплуатации. Так, IGBT преобразователи прижимной конструкции характеризуются многократно уменьшенными параметрами теплового сопротивления, компактностью, повышенной надежностью и термической устойчивостью. Поэтому сферой их применения стали объекты повышенной ответственности с высокими эксплуатационными требованиями.

Основными сферами применения транзисторных модулей IGBT являются:

• промышленные объекты;
• производственные площадки разной направленности;
• аэрокосмическая промышленность;
• автомобилестроение, в том числе для производства электромобилей и гибридных дизельных версий транспорта;
• объекты морского флота.

Интенсивное развитие технологий производства преобразователей способствуют охвату все большего количества областей.

Почему транзисторные модули IGBT лучше заказать в Олниса

Для того, чтобы выбрать и купить транзисторные модули IGBT нужной модели и сделать не только полезную, но и выгодную для себя покупку, достаточно обратиться в компанию Олниса. Занимаемся прямыми поставками транзисторных модулей IGBT и другого специализированного электронного промышленного оборудования, напрямую от известных разработчиков и производителей. Работаем с мировыми европейскими и российскими брендами, сотрудничаем с предприятиями из Азии и США. Это позволяет гарантировать высокое качество продукции, ее надежность и соответствие заявленным параметрам.

Поставки от нашей компании сопровождаются и другими выгодными предложениями:

• разумной ценой ввиду отсутствия лишних наценок;
• увеличенным до 18 месяцев сроком гарантии на отдельные виды оборудования;
• предложениями электронного оборудования различных категорий: от новейшего, до снятого с производства и бывшего в употреблении, что особенно важно при выполнении ремонтных работ на предприятии;
• предоставление сертификата качества на все поставки;
• доступность заказов с единичной стоимостью от 50 евро;
• экспресс-доставка любым удобным способом, в том числе возможность доставки до двери;
• консультационные услуги при помощи телефонного звонка, специальной формы на сайте, онлайн консультации или электронной почты.

Ведущая мультибрендовая компания Олниса предлагает широкий перечень специализированного промышленного электронного оборудования. Удобный информационный каталог позволит быстро сориентироваться, найти нужный тип устройства и легко оформить заказ.

Модули IGBT

Для снижения количества внешних элементов выпускают модули на базе IGBT. Они могут содержать дополнительные транзисторы, диоды и другие компоненты.

Такая конструкция облегчает ремонт преобразователей, позволяет наращивать мощность устройств путем установки дополнительных модулей.

Для коммутации больших токов, превышающих допустимое значение для одного транзистора, можно подключать модули параллельно.

В этом случае выбирают транзисторы IGBT с одинаковым пороговым напряжением во включенном состоянии. Разница в параметрах приводит к несимметричному току на транзисторах. При параллельном включении также учитывают увеличившуюся входную емкость, драйвер управления должен обеспечить заданную скорость коммутации.

Выбор модулей IGBT

Транзисторные модули выбирают по нескольким основным характеристикам:

• Максимальный ток коллектора Iс. Производители обычно приводят 2 значения. Одно при стандартной температуре в помещениях +25°С, второе при +80°С. В руководствах приведен график зависимости тока коллектора от температуры. Для определения промежуточных значений можно воспользоваться им.
• Напряжение «коллектор-эмиттер». Характеристика определяет класс полупроводникового элемента. При выборе необходимо воспользоваться таблицей класса напряжений IGBT-транзисторов для промышленных сетей.
• Рабочее максимальное напряжение «коллектор-эмиттер». Для стабильной работы модуля пиковые величины не должны быть больше 80 % номинального значения. Нормальное рабочее напряжение не должно превышать 60% от номинала.
• Заряд затвора и напряжение насыщения. Характеристики нужны для расчета драйвера и определения потерь при открытом транзисторе.

Для выбора полупроводниковых модулей IGBT для преобразователей рекомендует следующий алгоритм:

• Определение номинального и максимального напряжения звена постоянного тока.
• Выбор типа модуля по классификационному напряжению.

• Определение предельного тока на выходе преобразователя.
• Выбор максимальной частоты переключений для предельного выходного тока.
• Выбор модуля IGBT с номинальным током не меньше предельного значения на выходе преобразователя.
• Расчет статических и динамических потерь в каждом элементе модуля при максимально допустимой температуре IGBT.
• Расчет предельной температуры радиатора в зоне установки модуля.
• Вычисление общих потерь на модуль.

Значение температуры выбирают с запасом. При превышении расчетного значения допустимой величины, необходим выбор модуля с большим номинальным током. При большом запасе выбирают IGBT с меньшим номинальным током и заново выполняют расчеты.

IGBT-модули.

IGBT-транзисторы выпускаются не только в виде отдельных компонентов, но и в виде сборок и модулей. На фото показан мощный IGBT-модуль BSM 50GB 120DN2 из частотного преобразователя (так называемого «частотника») для управления трёхфазным двигателем.

IGBT модуль

Схемотехника частотника такова, что технологичнее применять сборку или модуль, в котором установлено несколько IGBT-транзисторов. Так, например, в данном модуле два IGBT-транзистора (полумост).

Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных – IGBT.

Так, например, IGBT транзисторы прекрасно выполняют свои функции при рабочих частотах до 20-50 килогерц. При более высоких частотах у данного типа транзисторов увеличиваются потери. Также наиболее полно возможности IGBT транзисторов проявляются при рабочем напряжении более 300-400 вольт. Поэтому биполярные транзисторы с изолированным затвором легче всего обнаружить в высоковольтных и мощных электроприборах, промышленном оборудовании.

Где применяются IGBT-модули?

Аббревиатура IGBT расшифровывается как Insulated Gate Bipolar Transistor, в переводе — биполярный транзистор с изолированным затвором, сокращённо — БТИЗ. Устройства с применением этой технологии преобразуют электроэнергию с минимальными потерями.
Технологии энергосбережения всё больше интересуют производителей и потребителей электроники. Поэтому активно внедряются силовые устройства на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором.

Энергосберегающие технологии широко внедряются во все виды производства, а также в транспортные системы — силовые IGBT модули являются их важным элементом. Они используются в преобразовательной технике для усиления или генерации электрических колебаний.
Силовые устройства с БТИЗ применяют в:

• высоковольтных электросетях;
• источниках питания — бесперебойных, импульсных;
• в преобразователях разнообразной энергии — солнечной, ветровой,

а также в оборудовании для медицины и в иных устройствах.

Характеристики IGBT-модулей

Внедрение модулей IGBT дает возможность конвертировать электроэнергию на высоких частотах. В процессе конвертации общие потери в агрегатах уменьшаются, а сами же устройства становятся меньше и легче. Также силовые ключи позволяют включать в приборы современные системы управления.
Весь рабочий потенциал модулей напрямую зависит от их характеристик.
IGBT-модули обладают:

• высокая безопасность работы;
• рабочим напряжением (оно может быть в диапазоне от 600 до 1700 В);
• возможностью эффективной коммутации значительных импульсивных токов — до 400 А;
• низким теплосопротивлением.

Модули становятся более устойчивыми к сложным эксплуатационным режимами аварийным ситуациям. Однако для обеспечения стабильной и результативной работы необходимо соблюдать пиковые и перманентные значения напряжения, амплитуды и длительности перегрузочного тока, температуры.
Также нужно следовать правилам эксплуатации — так, напряжение питания должно сначала подаваться в блок управления и модульные драйверы, а потом в IGBT. Необходимы дополнительные узлы — цепи, резисторы и т. д.
Важно помнить, что такие модули чутко реагируют на статические разряды, а потому в целях безопасности необходимо исполнять инструкции при транспортировке и монтаже.
При осуществлении экспертизы нельзя разбирать устройство и производить с ним любого рода манипуляции.

Солнечный инвертор и ИБП

Использование полумостовой топологии в приложениях, требующих высокой частоты коммутации, сопряжено с рядом трудностей, в том числе:

• Возможно получение только двух выходных напряжений
• Коммутационные потери могут быть значительными
• Управление затвором может быть сложным
• Большая нагрузка на компоненты влияет на надежность
• Повышенные пульсации тока и электромагнитные излучения требуют серьезной фильтрации
• Несовместимость с высоковольтной шиной постоянного напряжения
• Тепловой расчет является нетривиальной задачей

В современных приложениях полумостовая топология заменяется в таких ключевых областях применения, как источники бесперебойного питания и солнечные фотоэлектрические инверторы. Доминирующими становятся трехуровневые топологии, известные как I-Type и T-Type (Рисунок 7).

Существует множество направлений совершенствования, включая снижение напряжения на активных компонентах, что уменьшает потери, снижает гармонические искажения и позволяет использовать компоненты меньшего размера. Самое главное, что эти топологии позволяют значительно снизить потери на переключение, обеспечивая КПД, достигающий 98% при высоких рабочих частотах от 16 до 40 кГц.

Взгляд в будущее…

Хотя некоторые считают IGBT «устаревшей» технологией, она продолжает играть важную роль в мощных (высоковольтных/ сильноточных) приложениях. Технология IGBT продолжает развиваться: значения напряжения насыщения приближаются к 1 В, а совершенствование структур повышает плотность мощности и снижает потери.

Как всегда, при работе с IGBT разработчики должны полностью понимать требования приложения и выбирать соответствующую топологию, обеспечивающую наилучшие результаты и характеристики.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман