IGBT tranzistori
Bipolāri tranzistori ar izolētiem vārtiem ir jauna veida aktīvās ierīces, kas parādījās salīdzinoši nesen. Tā ieejas raksturlielumi ir līdzīgi lauka efekta tranzistora ieejas raksturlielumiem, un tā izejas raksturlielumi ir līdzīgi bipolāra izejas raksturlielumiem.
Literatūrā šī ierīce tiek saukta par IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Ātruma ziņā tas ir ievērojami pārāks bipolāri tranzistori... Visbiežāk kā jaudas slēdžus izmanto IGBT tranzistorus, kur ieslēgšanās laiks ir 0,2 — 0,4 μs, bet izslēgšanās laiks ir 0,2 — 1,5 μs, pārslēgtie spriegumi sasniedz 3,5 kV, strāvas ir 1200 A .
IGBT-T tranzistori aizstāj tiristorus no augstsprieguma pārveidošanas ķēdēm un ļauj izveidot impulsu sekundāros barošanas avotus ar kvalitatīvāk labākiem parametriem. IGBT-T tranzistori tiek plaši izmantoti invertoros elektromotoru vadīšanai, lielas jaudas nepārtrauktas barošanas sistēmās ar spriegumu virs 1 kV un simtiem ampēru strāvu.Zināmā mērā tas ir saistīts ar faktu, ka ieslēgtā stāvoklī pie simtiem ampēru strāvas sprieguma kritums tranzistorā ir diapazonā no 1,5 līdz 3,5 V.
Kā redzams no IGBT tranzistora uzbūves (1. att.), tā ir diezgan sarežģīta ierīce, kurā pn-p tranzistoru vada n-kanālu MOS tranzistors.
IGBT tranzistora kolektors (2. att., a) ir VT4 tranzistora emitētājs. Kad vārtiem tiek pielikts pozitīvs spriegums, tranzistoram VT1 ir elektriski vadošs kanāls. Caur to IGBT tranzistora (VT4 tranzistora kolektora) emitētājs ir savienots ar VT4 tranzistora pamatni.
Tas noved pie tā, ka tas ir pilnībā atbloķēts un sprieguma kritums starp IGBT tranzistora kolektoru un tā emitētāju kļūst vienāds ar sprieguma kritumu VT4 tranzistora emitētāja savienojumā, ko summē ar sprieguma kritumu Usi pāri VT1 tranzistoram.
Sakarā ar to, ka sprieguma kritums p — n savienojumā samazinās, palielinoties temperatūrai, sprieguma kritumam atbloķētā IGBT tranzistorā noteiktā strāvas diapazonā ir negatīvs temperatūras koeficients, kas pie lielas strāvas kļūst pozitīvs. Tāpēc sprieguma kritums pāri IGBT nesamazinās zem diodes (VT4 emitera) sliekšņa sprieguma.
Rīsi. 2. IGBT tranzistora (a) un tā simbola ekvivalentā shēma vietējā (b) un ārvalstu (c) literatūrā
Palielinoties IGBT tranzistoram pievadītajam spriegumam, kanāla strāva palielinās, kas nosaka VT4 tranzistora bāzes strāvu, savukārt sprieguma kritums IGBT tranzistorā samazinās.
Kad tranzistors VT1 ir bloķēts, tranzistora VT4 strāva kļūst maza, kas ļauj to uzskatīt par bloķētu. Papildu slāņi tiek ieviesti, lai atspējotu tiristoram raksturīgos darbības režīmus, kad notiek lavīnas sadalījums. Bufera slānis n + un plašais bāzes apgabals n– nodrošina p — n — p tranzistora strāvas pastiprinājuma samazinājumu.
Kopējais ieslēgšanas un izslēgšanas attēls ir diezgan sarežģīts, jo ir izmaiņas lādiņu nesēju kustībā, strāvas pārvades koeficienti p — n — p un n — p — n tranzistoros, kas atrodas konstrukcijā, mainās lādiņu nesēju pretestības. reģioni utt. Lai gan principā IGBT tranzistorus var izmantot, lai darbotos lineārā režīmā, savukārt tos galvenokārt izmanto atslēgas režīmā.
Šajā gadījumā slēdžu spriegumu izmaiņas raksturo līknes, kas parādītas attēlā.
Rīsi. 3. IGBT tranzistora sprieguma krituma Uke un strāvas Ic izmaiņas
Rīsi. 4. IGBT tipa tranzistora līdzvērtīgā diagramma (a) un tā strāvas-sprieguma raksturlielumi (b)
Pētījumi liecina, ka lielākajai daļai IGBT tranzistoru ieslēgšanas un izslēgšanas laiki nepārsniedz 0,5–1,0 μs. Lai samazinātu papildu ārējo komponentu skaitu, IGBT tranzistoros tiek ievadītas diodes vai izgatavoti moduļi, kas sastāv no vairākām sastāvdaļām (5. att. a — d).
Rīsi. 5. IGBT-tranzistoru moduļu simboli: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
IGBT tranzistoru simboli ir: burts M — bezpotenciāla modulis (bāze ir izolēta); 2 — atslēgu skaits; burti TCI — bipolāri ar izolētu vāku; DTKI — diode/bipolārais tranzistors ar izolētiem vārtiem; TCID — bipolārais tranzistors / izolētā vārtu diode; skaitļi: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maksimālā strāva; skaitļi: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — maksimālais spriegums starp kolektoru un emitētāju Uke (* 100V). Piemēram, modulim MTKID-75-17 ir UKE = 1700 V, I = 2 * 75 A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Tehnisko zinātņu doktors, profesors L.A. Potapovs