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L'IGBT de l'onduleur est comme son cœur. Il gère la conversion de puissance et le transfert d'énergie à l'intérieur de l'onduleur. JOEYOUNG utilise des modules IGBT de haute qualité dans tous ses onduleurs, comme l'onduleur solaire 3000W et le Onduleur 12V 2000W à onde sinusoïdale pure.
Cet article explique la définition, le principe de fonctionnement, les avantages et les inconvénients de l'onduleur IGBT. Plongeons dans l'histoire !
Qu'est-ce que l'onduleur IGBT ?
Il s'agit d'un dispositif semi-conducteur à trois bornes qui permet une commutation rapide et efficace dans de nombreux appareils électroniques.
Les IGBT sont principalement utilisés dans les amplificateurs pour traiter des formes d'ondes complexes à l'aide de la modulation de largeur d'impulsion (PWM). L'IGBT inverseur est un mélange de ces deux types de composants. Il possède les caractéristiques d'entrée d'un BJT et les caractéristiques de sortie d'un MOSFET.
Cette combinaison rend les IGBT très utiles dans de nombreuses applications.
La structure de l'onduleur IGBT
Un IGBT inverseur possède trois bornes : le collecteur, l'émetteur et la grille. Ces bornes sont connectées à des couches métalliques, et la borne de la grille comporte une couche de dioxyde de silicium. La structure de l'IGBT est constituée de quatre couches de semi-conducteurs, créées en combinant des transistors PNP et NPN dans un arrangement PNPN.
Voici comment cela fonctionne, étape par étape :
- La couche la plus proche du collecteur est le substrat (p+), appelé zone d'injection.
- Au-dessus se trouve la zone de dérive N, qui comprend la couche N. La zone d'injection envoie la plupart des porteurs (courant de trou) dans la couche N. La zone d'injection envoie la plupart des porteurs (courant de trou) dans la couche N. L'épaisseur de cette zone de dérive affecte la tension que l'IGBT peut bloquer. L'épaisseur de cette zone de dérive affecte la tension que l'IGBT peut bloquer.
- Au-dessus de la zone de dérive se trouve la zone du corps, constituée du substrat (p) près de l'émetteur, avec une couche (n+) à l'intérieur.
La jonction entre la zone d'injection et la zone de dérive N est appelée J2, et la jonction entre la zone N et la zone du corps est J1.
Il convient de mentionner que la structure d'un IGBT inverseur est similaire à celle d'un thyristor à grille MOS. Toutefois, contrairement aux thyristors, l'IGBT supprime le fonctionnement du thyristor. Cela lui permet de fonctionner uniquement comme un transistor sur l'ensemble de sa plage. Les IGBT sont meilleurs que les thyristors car ils commutent plus rapidement, même sans attendre le passage par zéro.
Fonctionnement de l'onduleur IGBT
Un IGBT inverseur fonctionne en activant ou désactivant la borne de sa grille. Lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille, l'émetteur maintient le circuit actif. En revanche, si la tension de grille est nulle ou légèrement négative, le circuit s'éteint. Étant donné qu'un IGBT fonctionne à la fois comme un BJT et un MOSFET, l'amplification qu'il fournit est mesurée par le rapport entre le signal de sortie et le signal d'entrée.
Pour un BJT traditionnel, le gain est le rapport entre le courant de sortie et le courant d'entrée. En revanche, un MOSFET n'a pas de courant d'entrée car sa grille est séparée du canal de courant principal.
Voici ce qui se passe étape par étape lorsque l'IGBT fonctionne :
- Lorsqu'une tension (VG) est appliquée à la borne de la grille, le courant de la grille (IG) augmente.
- Cela augmente la tension grille-émetteur (VGE), ce qui accroît le courant collecteur (IC).
- En conséquence, la tension collecteur-émetteur (VCE) diminue.
Il est important de noter que les IGBT ont une petite chute de tension, comme une diode, généralement autour de 2V. Cette chute augmente légèrement à mesure que le courant augmente. En outre, l'IGBT permet la circulation du courant inverse à l'aide d'une diode de roue libre, placée entre les bornes du collecteur et de l'émetteur.
Cette configuration rend les IGBT efficaces et polyvalents pour de nombreuses applications.
Les types d'IGBT ?
Il existe différents types d'IGBT en fonction de leur conception et de leur utilisation. Les principaux types comprennent l'IGBT simple, l'IPM (Intelligent Power Module) et d'autres boîtiers spécialisés.
- IGBT simple
Un IGBT simple est un dispositif indépendant dans son propre boîtier. Il est idéal pour les applications qui nécessitent un contrôle et une intégration séparés. Vous pouvez choisir différents boîtiers et spécifications en fonction de vos besoins spécifiques. - IPM (Intelligent Power Module)
Un IPM est un boîtier modulaire qui combine plusieurs composants, tels que des puces IGBT, des circuits d'attaque et des circuits de protection. Cette conception le rend plus facile à utiliser et plus fiable. Les IPM sont couramment utilisés dans les commandes de moteur, les onduleurs et d'autres applications à haute puissance.
Autres types de boîtiers IGBT
- IGBT numérique: Ce type d'appareil est doté de fonctions de contrôle et de surveillance intégrées, y compris d'interfaces numériques pour un contrôle avancé.
- IGBT modulaire: Il s'agit de modules de forte puissance qui comprennent plusieurs puces IGBT, des circuits d'attaque et des systèmes de dissipation de la chaleur. Ils sont parfaits pour les applications lourdes telles que les grands entraînements industriels et les systèmes d'alimentation.
Ces options forfaitaires sont flexibles et vous permettent de choisir celle qui répond le mieux à vos besoins.
Principales caractéristiques d'un IGBT
Les principaux attributs d'un IGBT sont ses caractéristiques de transfert et de sortie. Décomposons-les :
- Caractéristiques de transfert
La caractéristique de transfert d'un IGBT montre la relation entre le courant de collecteur (Ic) et la tension grille-émetteur (VGE). Comme pour un MOSFET, le courant de collecteur ne commence à circuler que lorsque la tension grille-émetteur dépasse un seuil minimum (VTH). En dessous de ce seuil, l'IGBT reste éteint, mais au-dessus, le courant augmente linéairement.
- Caractéristiques de sortie de l'IGBT
Ils sont unidirectionnels et ne commutent que du collecteur à l'émetteur, contrairement aux transistors MOSFET qui peuvent commuter dans les deux sens.
Pendant le fonctionnement dynamique, un courant de verrouillage peut se produire si le courant de commande dépasse une valeur critique. En dessous de la tension de seuil, un petit courant de fuite circule et l'IGBT fonctionne dans la région de coupure avec une tension collecteur-émetteur proche de la tension d'alimentation.
Avantages et inconvénients des IGBT
Avantages :
- Gère des tensions et des courants plus élevés que les BJT ou les MOSFET.
- Impédance d'entrée élevée et faibles pertes d'entrée.
- Commutation de courants élevés avec de faibles tensions de commande.
- Nécessite un pilote de grille simple et économique.
- La densité de courant élevée permet de réduire la taille des puces.
- Offre un gain de puissance et une vitesse de commutation plus élevés que les BJT.
- Bipolar nature increases conductivity and efficiency.
- Plus sûr
Inconvénients :
- Vitesse de commutation plus lente que celle des MOSFET.
- Unidirectionnel, nécessitant un circuit supplémentaire pour les formes d'onde en courant alternatif.
- Ne peut pas bloquer une tension inverse élevée.
- Plus chers que les BJT et les MOSFET.
- Susceptible de présenter des problèmes de verrouillage en raison de la structure PNPN.
- Temps d'arrêt plus long que les dispositifs PMOS.
Dernière réflexion
Utilisez un tournevis spécial et le couple de serrage correct lors de l'installation d'un IGBT afin de garantir une connexion sûre et d'éviter tout dommage. En tant que partie la plus critique et la plus délicate d'un onduleur, l'IGBT a besoin d'une protection adéquate pour maintenir ses performances.
JOEYOUNG comme fabricants d'onduleurs solaires expert, nous fournissons une puissance stable et sûre - consultez nos produits pour trouver celui qui répond à vos besoins : Onduleur sinusoïdal modifié de 1000W, Onduleur sinusoïdal modifié de 2000W, Onduleur sinusoïdal modifié de 3000W.
Questions fréquemment posées
Ils sont conçus pour piloter des applications de haute puissance avec une entrée de faible puissance.
Un onduleur triphasé nécessite six pilotes de grille IGBT. Vous pouvez utiliser des pilotes de grille individuels pour chaque IGBT, mais un pilote de grille à double canal permet d'améliorer la flexibilité de la conception et de réduire le coût de la nomenclature.
La fonction la plus fondamentale d'un IGBT est la commutation la plus rapide possible des courants électriques, ce qui permet d'obtenir les pertes de commutation les plus faibles possibles.
(1) Les IGBT sont utilisés pour les applications d'onduleurs dont la fréquence de commutation est inférieure à 20 kHz et qui nécessitent une grande résistance aux surcharges. (2) Les MOSFET sont utilisés pour les applications d'onduleurs dont la fréquence de commutation est supérieure à 20 kHz.
Les modes de défaillance de l'IGBT se présentent sous la forme d'une dégradation de certains paramètres électriques clés (par exemple, le courant de fuite, la tension de seuil) ou d'une perte de fonctionnalité (incapacité à s'éteindre).
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