IGBT tranzistori
Bipolarni tranzistori s izoliranim vratima nova su vrsta aktivnih uređaja koji su se pojavili relativno nedavno. Njegove ulazne karakteristike slične su ulaznim karakteristikama tranzistora s efektom polja, a njegove izlazne karakteristike slične su izlaznim karakteristikama bipolarnog.
U literaturi se ovaj uređaj naziva IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Po brzini je znatno superiorniji. bipolarni tranzistori... Najčešće se kao sklopke snage koriste IGBT tranzistori, gdje je vrijeme uključivanja 0,2 — 0,4 μs, a vrijeme isključivanja 0,2 — 1,5 μs, sklopljeni naponi dosežu 3,5 kV, a struje 1200 A .
IGBT-T tranzistori zamjenjuju tiristore iz visokonaponskih pretvorbenih krugova i omogućuju stvaranje impulsnih sekundarnih izvora napajanja s kvalitativno boljim karakteristikama. IGBT-T tranzistori naširoko se koriste u pretvaračima za upravljanje elektromotorima, u sustavima kontinuiranog napajanja velike snage s naponima iznad 1 kV i strujama od stotina ampera.Do neke mjere, to je zbog činjenice da je u uključenom stanju pri strujama od stotina ampera pad napona na tranzistoru u rasponu od 1,5 - 3,5 V.
Kao što se vidi iz strukture IGBT tranzistora (slika 1), radi se o prilično složenom uređaju u kojem je pn-p tranzistorom upravljan n-kanalni MOS tranzistor.
Kolektor IGBT tranzistora (slika 2, a) je emiter tranzistora VT4. Kada se pozitivni napon primijeni na vrata, tranzistor VT1 ima električno vodljivi kanal. Preko njega je emiter IGBT tranzistora (kolektor VT4 tranzistora) spojen na bazu VT4 tranzistora.
To dovodi do činjenice da je potpuno otključan i pad napona između kolektora IGBT tranzistora i njegovog emitera postaje jednak padu napona u emiterskom spoju VT4 tranzistora, zbrojenom s padom napona Usi preko VT1 tranzistora.
Zbog činjenice da se pad napona u p — n spoju smanjuje s povećanjem temperature, pad napona u otključanom IGBT tranzistoru u određenom području struje ima negativan temperaturni koeficijent, koji postaje pozitivan pri visokoj struji. Stoga pad napona na IGBT ne pada ispod napona praga diode (emiter VT4).
Riža. 2. Ekvivalentni sklop IGBT tranzistora (a) i njegov simbol u domaćoj (b) i stranoj (c) literaturi
Kako se napon primijenjen na IGBT tranzistor povećava, struja kanala raste, što određuje baznu struju VT4 tranzistora, dok se pad napona na IGBT tranzistoru smanjuje.
Kada je tranzistor VT1 zaključan, struja tranzistora VT4 postaje mala, što ga čini mogućim smatrati zaključanim. Dodatni slojevi se uvode kako bi se onemogućili načini rada tipični za tiristor kada dođe do sloma lavine. Međuspremnik n + i područje široke baze n– omogućuju smanjenje strujnog pojačanja p — n — p tranzistora.
Opća slika uključivanja i isključivanja prilično je složena, jer dolazi do promjena u pokretljivosti nositelja naboja, koeficijenata prijenosa struje u p — n — p i n — p — n tranzistorima prisutnih u strukturi, promjenama otpora regije, itd. Iako se u načelu IGBT tranzistori mogu koristiti za rad u linearnom načinu rada, dok se uglavnom koriste u ključnom načinu rada.
U ovom slučaju, promjene napona prekidača karakteriziraju krivulje prikazane na sl.
Riža. 3. Promjena pada napona Uke i struje Ic IGBT tranzistora
Riža. 4. Ekvivalentni dijagram tranzistora tipa IGBT (a) i njegove strujno-naponske karakteristike (b)
Studije su pokazale da za većinu IGBT tranzistora vrijeme uključivanja i isključivanja ne prelazi 0,5 — 1,0 μs. Da bi se smanjio broj dodatnih vanjskih komponenti, diode se uvode u IGBT tranzistore ili se proizvode moduli koji se sastoje od nekoliko komponenti (slika 5, a - d).
Riža. 5. Simboli modula IGBT-tranzistora: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Simboli IGBT tranzistora uključuju: slovo M — bezpotencijalni modul (baza je izolirana); 2 — broj tipki; slova TCI — bipolarni s izoliranim poklopcem; DTKI — dioda/bipolarni tranzistor s izoliranim vratima; TCID — bipolarni tranzistor / dioda s izoliranim vratima; brojevi: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maksimalna struja; brojevi: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — najveći napon između kolektora i emitera Uke (* 100V). Na primjer, modul MTKID-75-17 ima UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doktor tehničkih znanosti, profesor L.A. Potapov