tranzistoare IGBT
Tranzistoarele bipolare cu o poartă izolată sunt un nou tip de dispozitive active care au apărut relativ recent. Caracteristicile sale de intrare sunt similare cu caracteristicile de intrare ale unui tranzistor cu efect de câmp, iar caracteristicile de ieșire sunt similare cu caracteristicile de ieșire ale unui tranzistor bipolar.
În literatura de specialitate, acest dispozitiv se numește IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Din punct de vedere al vitezei, este semnificativ superior tranzistoare bipolare... Cel mai adesea, tranzistoarele IGBT sunt utilizate ca întrerupătoare de alimentare, unde timpul de pornire este de 0,2 — 0,4 μs, iar timpul de oprire este de 0,2 — 1,5 μs, tensiunile comutate ajung la 3,5 kV, iar curenții sunt de 1200 A .
Tranzistoarele IGBT-T înlocuiesc tiristoarele din circuitele de conversie de înaltă tensiune și fac posibilă crearea de surse de alimentare secundare în impulsuri cu caracteristici calitativ mai bune. Tranzistoarele IGBT-T sunt utilizate pe scară largă în invertoare pentru controlul motoarelor electrice, în sistemele de putere continuă de mare putere cu tensiuni de peste 1 kV și curenți de sute de amperi.Într-o oarecare măsură, acest lucru se datorează faptului că în starea de pornire la curenți de sute de amperi, căderea de tensiune pe tranzistor este în intervalul 1,5 - 3,5V.
După cum se poate observa din structura tranzistorului IGBT (Fig. 1), este un dispozitiv destul de complex în care un tranzistor pn-p este controlat de un tranzistor MOS cu canale n.
Colectorul tranzistorului IGBT (Fig. 2, a) este emițătorul tranzistorului VT4. Când o tensiune pozitivă este aplicată la poartă, tranzistorul VT1 are un canal conductor electric. Prin intermediul acestuia, emițătorul tranzistorului IGBT (colectorul tranzistorului VT4) este conectat la baza tranzistorului VT4.
Acest lucru duce la faptul că este complet deblocat și căderea de tensiune dintre colectorul tranzistorului IGBT și emițătorul acestuia devine egală cu căderea de tensiune din joncțiunea emițătorului tranzistorului VT4, însumată cu căderea de tensiune Usi pe tranzistorul VT1.
Datorită faptului că scăderea de tensiune în joncțiunea p — n scade odată cu creșterea temperaturii, scăderea de tensiune într-un tranzistor IGBT deblocat într-un anumit domeniu de curent are un coeficient de temperatură negativ, care devine pozitiv la un curent ridicat. Prin urmare, căderea de tensiune pe IGBT nu scade sub tensiunea de prag a diodei (emițător VT4).
Orez. 2. Circuitul echivalent al unui tranzistor IGBT (a) și simbolul acestuia în literatura nativă (b) și străină (c)
Pe măsură ce tensiunea aplicată tranzistorului IGBT crește, curentul canalului crește, ceea ce determină curentul de bază al tranzistorului VT4, în timp ce căderea de tensiune pe tranzistorul IGBT scade.
Când tranzistorul VT1 este blocat, curentul tranzistorului VT4 devine mic, ceea ce face posibil să se considere blocat. Sunt introduse straturi suplimentare pentru a dezactiva modurile de operare tipice tiristoarelor atunci când are loc o defecțiune a avalanșelor. Stratul tampon n + și regiunea de bază largă n– asigură o reducere a câștigului de curent al tranzistorului p — n — p.
Imaginea generală a pornirii și opririi este destul de complexă, deoarece există modificări în mobilitatea purtătorilor de sarcină, coeficienții de transfer de curent în tranzistoarele p — n — p și n — p — n prezenți în structură, modificări ale rezistențelor. regiuni, etc. Deși, în principiu, tranzistorii IGBT pot fi utilizați pentru a funcționa în modul liniar, în timp ce sunt utilizați în principal în modul cheie.
În acest caz, modificările tensiunilor de comutare sunt caracterizate de curbele prezentate în Fig.
Orez. 3. Modificarea căderii de tensiune Uke și a curentului Ic a tranzistorului IGBT
Orez. 4. Schema echivalentă a unui tranzistor de tip IGBT (a) și caracteristicile sale curent-tensiune (b)
Studiile au arătat că pentru majoritatea tranzistoarelor IGBT, timpii de pornire și oprire nu depășesc 0,5 — 1,0 μs. Pentru a reduce numărul de componente externe suplimentare, în tranzistoarele IGBT sunt introduse diode sau sunt produse module formate din mai multe componente (Fig. 5, a — d).
Orez. 5. Simboluri ale modulelor de tranzistoare IGBT: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Simbolurile tranzistoarelor IGBT includ: litera M — modul fără potențial (baza este izolată); 2 — numărul de chei; literele TCI — bipolar cu capac izolat; DTKI — Diodă / Tranzistor bipolar cu poartă izolată; TCID — Tranzistor bipolar / Diodă de poartă izolată; numere: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — curent maxim; numere: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — tensiunea maximă dintre colector și emițător Uke (* 100V). De exemplu, modulul MTKID-75-17 are UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doctor în științe tehnice, profesor L.A. Potapov