IGBT tranzisztorok
Az izolált kapuval ellátott bipoláris tranzisztorok új típusú aktív eszközök, amelyek viszonylag nemrégiben jelentek meg. Bemeneti jellemzői hasonlóak a térhatású tranzisztor bemeneti jellemzőihez, kimeneti jellemzői pedig a bipolárisokéhoz.
A szakirodalomban ezt az eszközt IGBT-nek (Insulated Gate Bipolar Transistor) hívják... Sebesség szempontjából lényegesen jobb bipoláris tranzisztorok... Leggyakrabban IGBT tranzisztorokat használnak teljesítménykapcsolóként, ahol a bekapcsolási idő 0,2 - 0,4 μs, a kikapcsolási idő 0,2 - 1,5 μs, a kapcsolt feszültségek elérik a 3,5 kV-ot, az áramok pedig 1200 A .
Az IGBT-T tranzisztorok helyettesítik a nagyfeszültségű konverziós áramkörök tirisztorait, és lehetővé teszik a minőségileg jobb jellemzőkkel rendelkező impulzusos szekunder tápegységek létrehozását. Az IGBT-T tranzisztorokat széles körben használják inverterekben villanymotorok vezérlésére, nagy teljesítményű, 1 kV feletti feszültségű és több száz amperes áramerősségű folyamatos teljesítményű rendszerekben.Ez bizonyos mértékig annak a ténynek köszönhető, hogy bekapcsolt állapotban több száz amperes áramerősség mellett a tranzisztoron áthaladó feszültségesés 1,5–3,5 V tartományban van.
Amint az IGBT tranzisztor felépítéséből látható (1. ábra), ez egy meglehetősen összetett eszköz, amelyben egy pn-p tranzisztort egy n-csatornás MOS tranzisztor vezérel.
Az IGBT tranzisztor kollektora (2. ábra, a) a VT4 tranzisztor emittere. Ha pozitív feszültséget kapcsolunk a kapura, a VT1 tranzisztornak van egy elektromosan vezető csatornája. Ezen keresztül az IGBT tranzisztor emittere (a VT4 tranzisztor kollektora) csatlakozik a VT4 tranzisztor alapjához.
Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy teljesen feloldódik, és az IGBT tranzisztor kollektora és emittere közötti feszültségesés egyenlő lesz a VT4 tranzisztor emitter csomópontjában bekövetkező feszültségeséssel, összegezve a VT1 tranzisztor Usi feszültségesésével.
Tekintettel arra, hogy a p — n átmenetben a feszültségesés a hőmérséklet emelkedésével csökken, a zárolatlan IGBT tranzisztor feszültségesése egy bizonyos áramtartományban negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik, amely nagy áramerősségnél pozitívvá válik. Ezért az IGBT-n a feszültségesés nem esik a dióda (VT4 emitter) küszöbfeszültsége alá.
Rizs. 2. Egy IGBT tranzisztor egyenértékű áramköre (a) és szimbóluma a natív (b) és a külföldi (c) irodalomban
Az IGBT tranzisztorra alkalmazott feszültség növekedésével a csatornaáram növekszik, ami meghatározza a VT4 tranzisztor bázisáramát, miközben az IGBT tranzisztoron áthaladó feszültségesés csökken.
Amikor a VT1 tranzisztor reteszelve van, a VT4 tranzisztor árama kicsivé válik, ami lehetővé teszi, hogy lezártnak tekintsük. További rétegek kerülnek bevezetésre a tirisztorra jellemző működési módok letiltására lavinatörés esetén. Az n + pufferréteg és az n– széles bázistartomány csökkenti a p — n — p tranzisztor áramerősítését.
A be- és kikapcsolás általános képe meglehetősen összetett, mivel a töltéshordozók mozgékonysága, a szerkezetben jelen lévő p — n — p és n — p — n tranzisztorok áramátviteli együtthatói, változásai vannak a töltéshordozók ellenállásában. régiók stb. Bár elvileg az IGBT tranzisztorok használhatók lineáris üzemmódban is, addig főként kulcsos módban.
Ebben az esetben a kapcsolófeszültségek változásait az ábrán látható görbék jellemzik.
Rizs. 3. Az IGBT tranzisztor Uke feszültségesésének és Ic áramának változása
Rizs. 4. Egy IGBT típusú tranzisztor ekvivalens diagramja (a) és áram-feszültség karakterisztikája (b)
Tanulmányok kimutatták, hogy a legtöbb IGBT tranzisztor esetében a be- és kikapcsolási idő nem haladja meg a 0,5–1,0 μs-ot. A további külső komponensek számának csökkentése érdekében az IGBT tranzisztorokba diódákat helyeznek, vagy több komponensből álló modulokat állítanak elő (5. ábra a – d).
Rizs. 5. IGBT-tranzisztorok moduljainak szimbólumai: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Az IGBT tranzisztorok szimbólumai a következők: M betű – potenciálmentes modul (az alap le van szigetelve); 2 — a kulcsok száma; betűk TCI — bipoláris szigetelt burkolattal; DTKI — Dióda/bipoláris tranzisztor szigetelt kapuval; TCID – bipoláris tranzisztor / izolált kapudióda; számok: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 – maximális áramerősség; számok: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — a maximális feszültség a kollektor és az Uke emitter között (* 100 V). Például az MTKID-75-17 modul UKE = 1700 V, I = 2 * 75 A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
A műszaki tudományok doktora, L. A. Potapov professzor