IGBT tranzistory
Bipolárne tranzistory s izolovanou bránou sú novým typom aktívnych zariadení, ktoré sa objavili relatívne nedávno. Jeho vstupné charakteristiky sú podobné vstupným charakteristikám tranzistora s efektom poľa a jeho výstupné charakteristiky sú podobné výstupným charakteristikám bipolárneho.
V literatúre sa toto zariadenie nazýva IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Rýchlosťou výrazne prevyšuje bipolárne tranzistory... Najčastejšie sa ako výkonové spínače používajú IGBT tranzistory, kde čas zapnutia je 0,2 — 0,4 μs a čas vypnutia 0,2 — 1,5 μs, spínané napätia dosahujú 3,5 kV a prúdy 1200 A .
Tranzistory IGBT-T nahrádzajú tyristory z vysokonapäťových konverzných obvodov a umožňujú vytvárať impulzné sekundárne napájacie zdroje s kvalitatívne lepšími charakteristikami. Tranzistory IGBT-T sú široko používané v invertoroch na riadenie elektromotorov, vo vysokovýkonných sústavách nepretržitého napájania s napätím nad 1 kV a prúdmi stoviek ampérov.Do určitej miery je to spôsobené tým, že v zapnutom stave pri prúdoch stoviek ampérov je úbytok napätia na tranzistore v rozmedzí 1,5 — 3,5V.
Ako je zrejmé zo štruktúry IGBT tranzistora (obr. 1), ide o pomerne zložité zariadenie, v ktorom je pn-p tranzistor riadený n-kanálovým MOS tranzistorom.
Kolektor tranzistora IGBT (obr. 2, a) je emitorom tranzistora VT4. Keď je na bránu privedené kladné napätie, tranzistor VT1 má elektricky vodivý kanál. Prostredníctvom nej je emitor tranzistora IGBT (kolektor tranzistora VT4) pripojený k základni tranzistora VT4.
To vedie k tomu, že je úplne odomknutý a pokles napätia medzi kolektorom tranzistora IGBT a jeho emitorom sa rovná poklesu napätia v prechode emitora tranzistora VT4, súčtu s poklesom napätia Usi na tranzistore VT1.
Vzhľadom na to, že úbytok napätia v p — n prechode klesá so zvyšujúcou sa teplotou, má úbytok napätia v odomknutom IGBT tranzistore v určitom prúdovom rozsahu negatívny teplotný koeficient, ktorý sa pri vysokom prúde stáva kladným. Preto pokles napätia na IGBT neklesne pod prahové napätie diódy (emitor VT4).
Ryža. 2. Ekvivalentný obvod IGBT tranzistora (a) a jeho symbol v domácej (b) a zahraničnej (c) literatúre
Keď sa napätie aplikované na IGBT tranzistor zvyšuje, kanálový prúd sa zvyšuje, čo určuje základný prúd tranzistora VT4, zatiaľ čo pokles napätia na tranzistore IGBT klesá.
Keď je tranzistor VT1 uzamknutý, prúd tranzistora VT4 sa zníži, čo umožňuje považovať ho za zablokovaný. Zavádzajú sa ďalšie vrstvy na deaktiváciu typických režimov činnosti tyristorov, keď dôjde k lavínovému rozpadu. Vyrovnávacia vrstva n + a široká oblasť bázy n– poskytujú zníženie prúdového zosilnenia tranzistora p — n — p.
Všeobecný obraz zapínania a vypínania je pomerne zložitý, pretože dochádza k zmenám v pohyblivosti nosičov náboja, koeficientom prenosu prúdu v tranzistoroch p — n — p a n — p — n prítomných v štruktúre, k zmenám v odporoch regióny atď. Hoci v princípe môžu byť tranzistory IGBT použité na prevádzku v lineárnom režime, zatiaľ čo sa používajú hlavne v kľúčovom režime.
V tomto prípade sú zmeny napätí spínačov charakterizované krivkami znázornenými na obr.
Ryža. 3. Zmena poklesu napätia Uke a prúdu Ic IGBT tranzistora
Ryža. 4. Ekvivalentná schéma tranzistora typu IGBT (a) a jeho prúdovo-napäťové charakteristiky (b)
Štúdie ukázali, že pre väčšinu IGBT tranzistorov časy zapnutia a vypnutia nepresahujú 0,5 - 1,0 μs. Na zníženie počtu prídavných externých komponentov sa do IGBT tranzistorov vkladajú diódy alebo sa vyrábajú moduly pozostávajúce z viacerých komponentov (obr. 5, a — d).
Ryža. 5. Symboly modulov IGBT tranzistorov: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d - MDTKI
Symboly IGBT tranzistorov zahŕňajú: písmeno M — bezpotenciálový modul (základňa je izolovaná); 2 — počet kľúčov; písmená TCI — bipolárne s izolovaným krytom; DTKI — dióda / bipolárny tranzistor s izolovaným hradlom; TCID — bipolárny tranzistor / izolovaná hradlová dióda; čísla: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maximálny prúd; čísla: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — maximálne napätie medzi kolektorom a emitorom Uke (* 100V). Napríklad modul MTKID-75-17 má UKE = 1700 V, I = 2 * 75 A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doktor technických vied, profesor L.A. Potapov