روشن شدن IGBT

سلام!

اصلاح: این داکیومنت تگزاس اینسترومنت همیناس و عالیه SLUA618A

شاید باورتون نشه ولی بعد مدتی زیادی، بالاخره دوباره یه موضوع برقی که ارزش نوشتن داشت پیدا کردم.

آخ چه حالی میده وقتی یه موضوع باحال پیدا میشه. به یاد قدیما.

میخوام راجع به روشن شدن IGBT بنویسم و بگم که قضیه چیه. شکل شماره 1 منحنی مشخصه یه IGBT رو مثلا داره نشون میده.

میخوایم این قطعه رو از نقطه A که خاموشی قطعه رو نشون میده ببریم به D که روشن روشنه. این قطعه الان داره یه سلف رو که به 500 ولت وصل شده رو درایو میکنه.

تو نقطه A قطعه خاموشه. پس ولتاژ دو سر کلکتور امیترش به اندازه ولتاژ لینکه و جریانش صفره.

بعد که شروع به روشن شدن میکنه به نقطه B میره که ولتاژ آستانه یا همون Threshold قطعه است. 

البته الان که بیشتر دقت کردم محور عمودی هم باید مثل افقی یه شکستگی داشته باشه. چون اون جایی که نقطه B هست جریان همچنان خیلی کمه. نزدیک 0. چون دوبار کشیدم نمودارو دیگه حال ندارم بکشم و خودتون در نظر بگیریدش.

حالا این تا اینجاش که بریم ببینیم توی IGBT چه خبره

توی مدل داخل IGBT که تو این شکل کشیدم سه تا خازن وجود داره. خازن گیت به امیتر، گیت به درین و سومیش هم کلکتور به امیتر. عددای مثال رو هم از یه آی جی بی تی که همینجوری سرچ کردم گذاشتم که اردر عددا دستتون باشه.

من همیشه فکر میکردم خازن گیت امیتر خیلی مهمه که شارژش کنیم و روشن کنیم قطعه رو و در قدم دوم هم خازن کلکتور امیتر که مثلا رزونانسی چیزی کنه با بقیه مدار یا تلفات سوییچینگ درست کنه. خازن کلکتور گیت رو کاملا ignore میکردمش. عددشم خیلی کوچیکه. 

این خازنا رو با فرمولایی که نوشتم از خازن ورودی خروجی و فیدبک که تو دیتاشیت همیشه هست میشه حساب کرد. که کردم براتون.

حالا سناریو روشن شدن یه آی جی بی تی رو از نمودار پایین ببینید:

توی t0 فرمان از طرف میکروکنترلر میاد که آقا ولتاژ گیت رو ببر بالا تا سوییچ روشن بشه.

با کمی اغراق، بخاطر تاخیر داخلی مدارای توی درایور، توی tx درایور شروع میکنه به جریان دادن. 

توی قدم اول، ولتاژ کلکتور 500 ولته و بنابراین انتظار داریم تنها اتفاقی که میفته این باشه که خازن گیت امیتر شارژ بشه. که بخاطر بزرگ بودنش میبینیم که جریان بالایی رو کشیده. این جریان با مقاومت گیت محدود شده. یه نقطه شکستگی توی بالا رفتن ولتاژ گیت امیتر بین tx و t1 هست که اونجا کم کم خازن گیت کلکتور وارد بازی میشه. 

وارد بازی شدن این خازن به معنی اینه که الان که کلکتور 500 ولته و گیت ولتاژش داره میره بالا، این خازن باید دیسشارژ بشه. توی t1 این خازن تا حدی دیسشارژ شده و ولتاژ کلکتور هم شروع میکنه افتادن. چون که کانال گیت امیتر شکل گرفته و سوییچ روشن شده عملا. 

روشن شدن سوییچ به معنی اینه که حالا دیگه ولتاژ کلکتور خیلی سریع باید بیاد پایین و به این معنیه که قبلا

کلکتور 500 ولت بود ولتاژ گیت 0 ولت

الان

ولتاژ کلکتور 2-3 ولت میخواد بشه و ولتاژ گیت 15 ولت

یعنی مثلا از -500 ولت به مثبت 12 ولت باید بره.

برای همین اختلاف ولتاژ زیاد این خازنه که این خازن در حالی که اندازه اش خیلی کوچیکه ولی بار بسیار زیادی میخواد که سوییچ درست کار کنه.

وقتی کلکتور میرسه نزدیکی های زمین و ولتاژ گیت کم کم ازش شروع میکنه بیشتر شدن، درایور حالا باید خازن گیت امیتر و خازن گیت کلکتور رو همزمان شارژ کنه. این کار تا t3 طول میکشه. 

اون صاف شدگی نمودار ولتاژ گیت رو بهش میگن miller plateau و به خازن گیت کلکتور میگن خازن میلر. 

خازنای این سوییچا بخاطر این داستانایی که تعریف کردم و ساختار خود سوییچ غیر خطی هستن. 

حالا برگردیم به شکل اول، وقتی که به B رسیدیم، سوییچ میخواد روشن بشه و به C برسه. وقتی به C برسه در واقع ولتاژ گیت به اون چیزی که میخواد میرسه و سوییچ کاملا روشن میشه. روشن شدن کامل سوییچ یعنی سلف بین 500 ولت و زمین قرار میگیره و جریانش شروع میکنه کم کم زیاد شدن تا به جریان نهاییش برسه که D باشه. چون ولتاژ گیت از C به D ثابته، روی منحنی حرکت میکنه و میره بالا.

حالا راجع به خاموش شدنش هم خیلی بیشتر داستان هست که اگه فرصت شد بعدا مینویسم.