Qu'est - ce que l'IGBT et ses fonctions

Présentation

Dans le domaine de l'électronique de puissance, les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) jouent un rôle essentiel. Il combine les avantages d'un transistor à effet de champ à oxyde métallique semi - conducteur (MOSFET) et d'un transistor à cristal bipolaire (BJT). Cet article vise à fournir une compréhension complète de l'IGBT et de ses fonctions de base dans diverses applications.

Qu’est - ce que l’igbt

IGBT signifie transistor bipolaire à grille isolée. C'est un dispositif à semi - conducteur à trois extrémités qui combine la basse tension de saturation du BJT avec la Haute impédance d'entrée et la vitesse de commutation du MOSFET. L'IGBT est construit en plaçant l'étage d'entrée MOSFET au - dessus de l'étage de sortie BJT. Cette combinaison unique de composants produit un appareil capable de gérer des niveaux élevés de tension et de courant.

Structure et principe de fonctionnement

Dans l'état passant de l'IGBT, lorsqu'une tension positive est appliquée à la borne de grille, elle crée un champ électrique qui affecte la région de base p. Ce champ électrique provoque l'injection de porteurs minoritaires, ici des trous, de la base P vers la zone de dérive n. Il en résulte la formation d'un canal de conduction dans la zone de dérive n permettant la circulation d'un courant électrique entre le collecteur et l'émetteur.

La formation du canal de conduction est due à la modulation de la région de base P par un champ électrique. Le champ électrique réduit la largeur de la zone de déplétion entre la base P et la zone de dérive N, permettant aux trous injectés d'atteindre la zone de dérive n. Ce processus est appelé effet de modulation de conductivité.

L'effet de modulation de conductivité est un avantage important de l'IGBT par rapport aux MOSFET traditionnels. Il permet à l'IGBT de gérer des densités de courant élevées sans subir de chute de tension excessive. En conséquence, l'IGBT peut fonctionner à des niveaux de puissance plus élevés tout en conservant des caractéristiques de basse tension de saturation similaires à celles du BJT.

Dans l'état bloqué de l'IGBT, la tension de grille est fixée à une valeur nulle ou négative. Il en résulte une expansion de la zone de déplétion empêchant l'injection de porteurs minoritaires dans la zone de dérive n. En conséquence, le canal conducteur est interrompu et l'IGBT se comporte comme un interrupteur ouvert bloquant le courant entre le collecteur et l'émetteur.

La capacité de l'IGBT à basculer rapidement entre l'état passant et l'état bloqué le rend adapté aux applications nécessitant une commutation à haute fréquence, telles que la commande de moteur et la conversion de puissance. L'IGBT offre les avantages d'une impédance d'entrée élevée et d'une vitesse de commutation rapide similaires à celles du MOSFET, tout en offrant la faible tension de saturation et les capacités de traitement du courant du BJT.

En résumé, la structure et le principe de fonctionnement de l'IGBT impliquent la modulation de la région de base P par le champ électrique généré par la tension de grille. Cette Modulation permet à l'IGBT d'être utilisé comme interrupteur de faible résistance à l'état passant et comme interrupteur d'ouverture à l'état bloqué. L'effet de modulation de conductivité permet à l'IGBT de gérer des courants élevés tout en maintenant de faibles chutes de tension, ce qui en fait un composant clé dans les applications d'électronique de puissance.

Fonctions de l'IGBT

Interrupteurs de puissance: l'une des principales fonctions de l'IGBT est de réaliser des interrupteurs de puissance dans diverses applications. Il peut gérer des tensions élevées et des courants élevés et convient pour contrôler le flux de puissance dans des systèmes tels que les entraînements de moteurs, les systèmes d'énergie renouvelable et les équipements industriels de grande puissance.

Amplification: l'IGBT peut également être utilisé comme amplificateur dans les applications audio et radiofréquence (RF). En appliquant un petit signal aux bornes de la grille, l'IGBT peut l'amplifier à des niveaux de puissance plus élevés, ce qui lui permet de piloter des Haut - parleurs ou de transmettre des signaux sur de longues distances.

Modulation de largeur d'impulsion (PWM): l'IGBT est largement utilisé dans la technologie PWM pour contrôler la puissance moyenne fournie à la charge. Avec le commutateur rapide IGBT, le rapport cyclique peut être ajusté pour ajuster la puissance de sortie. Le PWM est généralement utilisé pour le contrôle du moteur, l'alimentation sans interruption (UPS) et les variateurs de vitesse réglables.

Régulation de la tension et du courant: l’igbt est capable de gérer des niveaux élevés de tension et de courant et est essentiel à la régulation de la tension et du courant dans les systèmes électriques. Ils aident à maintenir des niveaux de tension stables, à prévenir les surcharges et à protéger les composants sensibles contre les dommages.

Référence: Pénurie mondiale d’igbt   ( https://www.nevsemi.com/blog/global-igbt-shortage-cause-future-outlook ) et

Conclusion

En résumé, les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) ont la capacité de traiter des tensions et des courants élevés et sont des composants clés de l'électronique de puissance. La combinaison unique de ses caractéristiques MOSFET et BJT permet une commutation de puissance, une amplification, un contrôle PWM et une régulation de tension / courant efficaces dans un large éventail d'applications. Comprendre les fonctions et le fonctionnement de l'IGBT est essentiel pour les ingénieurs et les techniciens dans le domaine de l'électronique de puissance.