IGBTs verhalten sich in Schaltungen im Wesentlichen wie Mosfets. Im Inneren weisen sie aber eine andere Technologie auf. Sie vereinigen die Vorteile von Bipolar- und Mosfet-Transistoren. Ihr großer Vorteil ist die hohe Spannungsfestigkeit bei moderaten Verlusten. Es gibt für den Einsatz in Schaltungen nur ein paar Unterschiede:
Modellierung
Die Anschlüsse eines IGBTs werden anders als beim Mosfet bezeichnet.
Die Spannung zwischen Gate und Emitter UGE steuert, ob der IGBT offen oder geschlossen ist.
IGBTs haben keine parasitäre PN-Diode zwischen Emitter und Kollektor. In Brückenschaltungen (4QS) werden diese Dioden aber benötigt. Deshalb müssen Sie die Dioden selbst hinzufügen. Die Dioden werden immer so verbaut, dass sie parallel zum Transistor arbeiten und den Strom der Eingangs-Quelle gegen Masse nicht leiten.
IGBT als Schalter
Beim Mosfet bestimmt der Schaltzustand den Widerstand zwischen Drain und Source RDS. Ein geschlossener IGBT verhält sich anders:
Bei einem offenen IGBT fließt kein Strom zwischen Emitter und Kollektor. Ein geschlossener IGBT verhält sich wie zwei leitende Dioden in Reihenschaltung. Jede dieser Hochstrom-Dioden weist eine Flussspannung von etwa 0,8V … 1,5V auf. Wie bei Dioden fällt eine „Sättigungsspannung“ am IGBT ab, die sich aus einem großen festen Anteil und einem kleinen stromabhängigen Anteil zusammensetzt.
Weil IGBTs eine hohe Durchlass-Spannung von etwa 1,5V … 3V aufweisen, sind sie für viele Anwendungen einem Mosfet unterlegen. Erst bei großen Strömen und hohen Spannungen ist die Sättigungsspannung kleiner als das Produkt von Strom und ON-Widerstand eines Mosfets. Mosfets können aber keine hohen Spannungen schalten, weil ihre Sperrspannung gering ist (wenige 100V). IGBTs weisen eine viel höhere Sperrspannung von bis zu mehreren 1000V auf.
Die maximale Schaltfrequenz von IGBTs ist geringer als die von Mosfets. Sie weisen längere Schaltzeiten auf. Die Verluste sind insgesamt höher als bei Mosfets.
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