IGBT модуль представляет собой полупроводниковый прибор, силовая часть которого состоит из перехода «коллектор – эмиттер». Управление устройством осуществляется с помощью затвора, образованного конструкцией «металл-оксид-полупроводник».
Структура прибора состоит из чередования 4 слоев полупроводниковых переходов p-n-p-n, как у тиристоров. С помощью технологических процессов тиристорные свойства максимально погашены и наиболее выражены транзисторные качества.
О принципах работы и использовании устройства расскажут эксперты компании «ЗУМ-СМД».
Электронные ключи
Для коммутации силовых цепей, включения/выключения нагрузки часто используют контактные прерыватели. Их минусом является образование дуги, ведущей к разрушению контактов, а также к недопустимому нагреву при частом переключении. Относительно большое время механической коммутации не позволяет использовать их в преобразователях или двигателях с импульсным управлением. Для улучшения параметров мощных ключей разработчики используют различные технические новации, применяют дорогие материалы. Конструкция изделий усложняется, цены на технологии изготовления изделий повышаются. Оптимальное решение — использование полупроводниковых материалов, среди которых IGBT модули показали лучшие результаты при использовании их в качестве электронных ключей.
Они имеют:
- 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
Применение IGBT модулей в устройствах управления тяговыми двигателями позволяет получить лучшие характеристики, чем при использовании тиристорных устройств. Они обладают такими достоинствами:
- высокий КПД;
- высокая плавность нарастания скорости движения;
- возможность применения рекуперативного торможения практически на любой скорости.
Для многоцелевого использования выпускаются интеллектуальные силовые IGBT модули. Они являются интегральными компонентами и имеют такие встроенные функции:
- 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.