Isoleeritud paisuga bipolaartransistor

Isoleeritud paisuga bipolaartransistor (inglise keeles insulated-gate bipolar transistor, IGBT) on jõuelektroonika pooljuhtseadis, mida kasutatakse suurevoolulistes ja suhtelistelt kõrge pingega ahelates kiiretoimeliste lülititena.

Isoleeritud paisuga bipolaartransistori tingmärke

IGBT aseskeemid:
vasakul ‒ ühe bipolaartransistoriga;
paremal ‒ kahe bipolaartransistoriga, mis on ühendatud Darlingtoni skeemi järgi

IGBT moodul pingele kuni 3300 V, voolule kuni 1200 A, firma Mitsubishi

Avatud kestaga IGBT moodul

Omadused

IGBT kombineerib kõrge voolutaluvuse ja madala pingelangu, mis on iseloomulikud bipolaartransistorile, ning energiasäästliku (pingega) tüürimise, mis on omane väljatransistorile. IGBT-transistore toodetakse tänapäeval vooludele kuni 800 A ja pingetele kuni 1,8 kV^[1]. Spetsiaalseid kõrgepingelised HV-IGBT-d taluvad pinge hetkeväärtusi kuni 6,5 kV. Lühise suhtes on IGBT vähem tundlik kui bipolaartransistor^[1]. See on väga kiire jõuelektroonika seadis, sest viivitused avamisel ja sulgemisel on väikesed^[1]. Tema maksimaalne lülitamissagedus on 50 kHz^[1].

IGBT-transistoridele on omane väike energiakadu nii suletud kui ka avatud olekus ja samuti väike tüürvõimsus. Lülitamissagedused ulatuvad mitmekümne kilohertsini; energiakaod suurenevad (kasutegur väheneb) koos lülitamissagedusega.

Eri tüüpi transistoride võrdlus ^[2]

Parameeter	Bipolaarne jõutransistor (JBT)	Isoleeritud paisuga jõu-väljatransistor (MOSFET)	Isoleeritud paisuga bipolaartransistor (IGBT)
Tööpinge	Kõrge (kuni 1000 V)	Kõrge (kuni 1000 V)	Väga kõrge (üle 1000 V)
Töövool	Suur (kuni 500 A)	Keskmine (kuni 200 A)	Väga suur (üle 1000 A)
Tüürimine	Vooluga	Pingega (UGS = 3‒10 V)	Pingega (UGE = 4‒8 V)
Sisendtakistus	Väike	Suur	Suur
Väljundtakistus	Väike	Keskmine	Väike
Ümberlülitumine	Aeglane (mikrosekundites	Kiire (nanosekundites)	Keskmine
Hind	Madal	Kõrge	Keskmine

Tüürahelad

IGBT-de tüür- ehk juhtahelaid annavad jõutransistori kiireks lülitamiseks selle paisule vajaliku elektrilaengu ja kontrollivad jõutransistori lülitusprotsessi. Tüürahelaid valmistatakse üksikute jõutransistoride, vastastaktlülituste või sildlülituste jaoks. Vastastakt- ja sildlülituste jaoks on mõnedesse tüürahelasse integreeritud lülitamisviivitust ("dead-time") tekitavad loogikalülitused. Tüürahelal võivad olla ka funktsioonid lühikeste häireimpulsside eemaldamiseks juhtsignaalidest.

Tüürahelatesse on sisse ehitatud järgmised kaitsefunktsioonid:

• kollektori ja emitteri vahelise pinge jälgimine lülitusprotsessi ajal,
• tüürahela omatoite jälgimine.

Jõumoodulid

Toodetakse valmis jõumooduleid, milles on IGBT transistor ja tüürahel koos. Suuremate voolude korral kasutatakse IGBT-de rööplülitusi. Sel juhul jälgib spetsiaalne tüürahel rööplülituses jõutransistorite voolusid. Liiga suure voolude erinevuse korral rakenduvad kaitsefunktsioonid. Jõumoodulitesse võivad olla sisse ehitatud ka ahelad pinge, voolu ja temperatuuri mõõtmiseks. Jõumoodulid ühendatakse juhtimissüsteemiga kas elektrijuhtmete või kiudoptiliste liideste abil. Kõrgematel pingetel kasutatakse valdavalt kiudoptilist ühendust.

Kasutamine

IGBT-s töötav troll. Kuna IGBT on võrreldes reostaadiga suhteliselt väiksem, saab elektrivarustuse paigaldada katusele, mis konstruktsiooniliselt annab võimaluse teha trollid madala põrandaga

IGBT-de põhilised rakendused on elektroenergeetikas autonoomsed ja resonantsvaheldid (inverterid) ja alalispingemuundurid^[1]. Neid kasutatakse elektertranspordivahendites, näiteks elektriautodes ja hübriidautodes vahelduvvoolumootori jaoks loodud juhtimislülitustes, samuti trammide, trollibusside ja vedurite veomuundurites^[3]. IGBT leiab ökonoomse ja kiire lülitina kasutamist ka niisugustes elektritoitelülitustes, nagu impulsstoiteallikad, puhvertoiteallikad, keevitusvooluallikad jm.

Vaata ka

• Transistor
• GA400TD60U