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O IGBT do inversor é como seu coração. Ele cuida da conversão de energia e da transferência de energia dentro do inversor. A JOEYOUNG usa módulos IGBT de alta qualidade em todos os seus inversores, como o inversor solar de 3000W e o inversor solar de Inversor de onda senoidal pura de 12V 2000W.
Este artigo explicará a definição, o princípio de funcionamento, as vantagens e as desvantagens do Inverter IGBT. Vamos nos aprofundar!
O que é o inversor IGBT?
O IGBT do inversor significa transistor bipolar de porta isolada. É um dispositivo semicondutor de três terminais que funciona para comutação rápida e eficiente em muitos dispositivos eletrônicos.
Os IGBTs são usados principalmente em amplificadores para lidar com formas de onda complexas usando modulação por largura de pulso (PWM). Para entender melhor os IGBTs, é útil saber que os componentes comuns em eletrônica são os transistores de junção bipolar (BJTs) e os MOSFETs (tubos MOS). O IGBT inversor é como uma mistura desses dois. Ele tem as características de entrada de um BJT e as características de saída de um MOSFET.
Essa combinação torna os IGBTs muito úteis em muitas aplicações.
A estrutura do inversor IGBT
Um IGBT inversor tem três terminais: coletor, emissor e porta. Esses terminais são conectados a camadas de metal, e o terminal de porta tem uma camada de dióxido de silício. A estrutura do IGBT é composta de quatro camadas semicondutoras, criadas pela combinação de transistores PNP e NPN em um arranjo PNPN.
Veja a seguir como funciona passo a passo:
- A camada mais próxima do coletor é o substrato (p+), conhecido como área de injeção.
- Acima dessa área está a área de desvio N, que inclui a camada N. A área de injeção envia a maioria dos portadores (corrente de orifício) para a camada N. A espessura dessa área de desvio afeta a quantidade de tensão que o IGBT pode bloquear.
- Acima da área de desvio está a área do corpo, composta pelo substrato (p) próximo ao emissor, com uma camada (n+) em seu interior.
A junção entre a área de injeção e a área de desvio N é chamada de J2, e a junção entre a área N e a área do corpo é J1.
Vale a pena mencionar que a estrutura de um IGBT inversor é semelhante à de um tiristor com porta MOS. Entretanto, diferentemente dos tiristores, o IGBT suprime a operação do tiristor. Isso permite que ele funcione apenas como um transistor em toda a sua faixa. Os IGBTs são melhores que os tiristores porque comutam mais rapidamente, mesmo sem esperar pelo cruzamento zero.
Como funciona o Inversor IGBT
Um IGBT inversor opera ligando ou desligando seu terminal de porta. Quando uma tensão positiva é aplicada à porta, o emissor mantém o circuito ativo. Entretanto, se a tensão da porta for zero ou ligeiramente negativa, o circuito se desliga. Como um IGBT funciona como um BJT e um MOSFET, a amplificação que ele fornece é medida como a razão entre o sinal de saída e o sinal de entrada.
Para um BJT tradicional, o ganho é a relação entre a corrente de saída e a corrente de entrada. Em contrapartida, um MOSFET não tem corrente de entrada porque sua porta está separada do canal de corrente principal.
Veja a seguir o que acontece passo a passo quando o IGBT está funcionando:
- Quando a tensão (VG) é aplicada ao terminal da porta, a corrente da porta (IG) aumenta.
- Isso aumenta a tensão porta-emissor (VGE), o que aumenta a corrente do coletor (IC).
- Como resultado, a tensão coletor-emissor (VCE) diminui.
É importante observar que os IGBTs têm uma pequena queda de tensão, como um diodo, geralmente em torno de 2V. Essa queda aumenta ligeiramente à medida que a corrente aumenta. Além disso, o IGBT permite o fluxo de corrente reversa usando um diodo de roda livre, que é colocado entre os terminais coletor e emissor.
Essa configuração torna os IGBTs eficientes e versáteis para muitas aplicações.
Os tipos de IGBT?
Os IGBTs existem em diferentes tipos com base em seu projeto e uso. Os principais tipos incluem IGBT simples, IPM (Intelligent Power Module) e outros pacotes especializados.
- IGBT único
Um único IGBT é um dispositivo independente em seu próprio pacote. É ideal para aplicações que precisam de controle e integração separados. Você pode escolher diferentes pacotes e especificações, dependendo de suas necessidades específicas. - IPM (Módulo de energia inteligente)
Um IPM é um pacote modular que combina vários componentes, como chips IGBT, circuitos de driver e circuitos de proteção. Esse design facilita o uso e o torna mais confiável. Os IPMs são comumente usados em acionamentos de motores, inversores e outras aplicações de alta potência.
Outros tipos de pacotes IGBT
- IGBT digital: Esse tipo tem recursos integrados de controle e monitoramento, incluindo interfaces digitais para controle avançado.
- IGBT modular: Esses são módulos de alta potência que incluem vários chips IGBT, circuitos de driver e sistemas de dissipação de calor. Eles são perfeitos para aplicações pesadas, como grandes acionamentos industriais e sistemas de energia.
Essas opções de pacote oferecem flexibilidade, de modo que você pode escolher a que melhor se adapta às suas necessidades.
Principais características de um IGBT
Os principais atributos de um IGBT são suas características de transferência e saída. Vamos detalhá-las:
- Características de transferência
A característica de transferência de um IGBT mostra a relação entre a corrente do coletor (Ic) e a tensão do gate-emitter (VGE). Como um MOSFET, a corrente do coletor começa a fluir somente quando a tensão porta-emissor ultrapassa um limite mínimo (VTH). Abaixo desse limite, o IGBT permanece desligado, mas, acima dele, a corrente aumenta linearmente.
- Características de saída do IGBT
Os IGBTs precisam apenas de uma pequena tensão na porta para permanecerem ligados, ao contrário dos transistores bipolares que exigem corrente de base contínua. Eles são unidirecionais, comutando apenas do coletor para o emissor, ao contrário dos MOSFETs, que podem comutar em ambas as direções.
Durante a operação dinâmica, pode ocorrer uma corrente de travamento se a corrente de acionamento exceder um valor crítico. Abaixo da tensão limite, uma pequena corrente de fuga flui, e o IGBT opera na região de corte com a tensão coletor-emissor próxima à tensão de alimentação.
Vantagens e desvantagens dos IGBTs
Vantagens:
- Suporta tensão e corrente mais altas do que os BJTs ou MOSFETs.
- Alta impedância de entrada e baixas perdas de entrada.
- Comuta altas correntes com baixas tensões de controle.
- Requer um driver de porta simples e econômico.
- A alta densidade de corrente permite um tamanho de chip menor.
- Oferece maior ganho de potência e velocidade de comutação do que os BJTs.
- A natureza bipolar aumenta a condutividade e a eficiência.
- Mais seguro
Desvantagens:
- Velocidade de comutação mais lenta em comparação com os MOSFETs.
- Unidirecional, exigindo circuitos adicionais para formas de onda CA.
- Não é possível bloquear a alta tensão reversa.
- Mais caros que os BJTs e os MOSFETs.
- Susceptível a problemas de travamento devido à estrutura PNPN.
- Tempo de desligamento mais longo em comparação com os dispositivos PMOS.
Pensamento final
Use uma chave de fenda especial e o torque correto ao instalar um IGBT para garantir uma conexão segura e evitar danos. Como a parte mais crítica e delicada de um inversor, o IGBT precisa de proteção adequada para manter o desempenho.
JOEYOUNG como fabricantes de inversores solares Especialista, fornecemos uma saída de energia estável e segura - verifique nossos produtos para encontrar o que atende às suas necessidades: Inversor de onda senoidal modificado de 1000 W, Inversor de onda senoidal modificado de 2000 W, Inversor de onda senoidal modificado de 3000 W.
Perguntas frequentes
Eles são projetados para acionar aplicativos de alta potência com uma entrada de baixa potência.
Um inversor trifásico requer seis drivers de porta IGBT. Você pode usar drivers de porta individuais para cada IGBT, mas um driver de porta de canal duplo ajuda na flexibilidade do projeto e reduz o custo da lista técnica.
A função mais básica de um IGBT é a comutação mais rápida possível de correntes elétricas, obtendo assim as menores perdas de comutação possíveis. Como o nome "Insulated Gate Bipolar Transistor" revela, um IGBT é um transistor bipolar com uma estrutura de porta isolada; a porta em si é basicamente um MOSFET.
(1) Os IGBTs são usados para aplicações de inversores com uma frequência de comutação inferior a 20 kHz e que exigem alta resistência à sobrecarga. (2) Os MOSFETs são usados para aplicações de inversores com uma frequência de comutação superior a 20 kHz
Os modos de falha do IGBT estão na forma de degradação de determinados parâmetros elétricos importantes (por exemplo, corrente de fuga, tensão de limiar) ou de perda de funcionalidade (incapacidade de desligar).
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