IGBT-transistorit
Bipolaariset transistorit, joissa on eristetty portti, ovat uudentyyppisiä aktiivisia laitteita, jotka ilmestyivät suhteellisen äskettäin. Sen tuloominaisuudet ovat samanlaiset kuin kenttätransistorin tuloominaisuudet ja sen lähtöominaisuudet ovat samanlaiset kuin bipolaarisen lähtöominaisuudet.
Kirjallisuudessa tätä laitetta kutsutaan IGBT:ksi (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Nopeudeltaan se on huomattavasti parempi bipolaariset transistorit... Useimmiten virtakytkiminä käytetään IGBT-transistoreja, joissa päällekytkentäaika on 0,2 - 0,4 μs ja sammutusaika 0,2 - 1,5 μs, kytketyt jännitteet saavuttavat 3,5 kV ja virrat 1200 A .
IGBT-T-transistorit korvaavat tyristorit korkeajännitteisistä muunnospiireistä ja mahdollistavat pulssillisten toisioteholähteiden luomisen laadullisesti paremmilla ominaisuuksilla. IGBT-T-transistoreja käytetään laajasti inverttereissä sähkömoottoreiden ohjaamiseen, suuritehoisissa jatkuvatoimisissa järjestelmissä, joiden jännite on yli 1 kV ja virrat satojen ampeerien.Jossain määrin tämä johtuu siitä, että päällä-tilassa satojen ampeerien virroilla jännitehäviö transistorin yli on välillä 1,5 - 3,5 V.
Kuten IGBT-transistorin rakenteesta (kuva 1) voidaan nähdä, se on melko monimutkainen laite, jossa pn-p-transistoria ohjataan n-kanavaisella MOS-transistorilla.
IGBT-transistorin kollektori (kuva 2, a) on VT4-transistorin emitteri. Kun hilaan syötetään positiivinen jännite, transistorissa VT1 on sähköä johtava kanava. Sen kautta IGBT-transistorin emitteri (VT4-transistorin kollektori) on kytketty VT4-transistorin kantaan.
Tämä johtaa siihen, että se on täysin lukitsematon ja IGBT-transistorin kollektorin ja sen emitterin välinen jännitehäviö tulee yhtä suureksi kuin jännitehäviö VT4-transistorin emitteriliitoksessa, joka summataan jännitehäviöllä Usi VT1-transistorin yli.
Koska jännitehäviö p — n-liitoksessa pienenee lämpötilan noustessa, lukitsemattoman IGBT-transistorin jännitehäviöllä tietyllä virta-alueella on negatiivinen lämpötilakerroin, joka muuttuu positiiviseksi suurella virralla. Siksi IGBT:n yli oleva jännitehäviö ei laske diodin (VT4-emitterin) kynnysjännitteen alapuolelle.
Riisi. 2. IGBT-transistorin (a) ja sen symbolin vastaava piiri alkuperäisessä (b) ja ulkomaisessa (c) kirjallisuudessa
Kun IGBT-transistoriin syötetty jännite kasvaa, kanavavirta kasvaa, mikä määrittää VT4-transistorin kantavirran, kun taas IGBT-transistorin jännitehäviö pienenee.
Kun transistori VT1 on lukittu, transistorin VT4 virta pienenee, mikä mahdollistaa sen katsomisen lukituksi. Lisäkerroksia otetaan käyttöön tyristorille tyypillisten toimintatilojen poistamiseksi käytöstä, kun lumivyöry tapahtuu. Puskurikerros n + ja leveä kantaalue n– vähentävät p - n - p -transistorin virran vahvistusta.
Yleinen kuva päälle- ja poiskytkemisestä on varsin monimutkainen, koska varauksenkuljettajien liikkuvuudessa, rakenteessa esiintyvien p — n — p ja n — p — n transistoreiden virransiirtokertoimissa, varauksenkuljettajien resistanssissa on muutoksia. alueet jne. Vaikka periaatteessa IGBT-transistoreja voidaan käyttää lineaarisessa tilassa, niitä käytetään pääasiassa avaintilassa.
Tässä tapauksessa kytkinjännitteiden muutoksille on tunnusomaista kuvan 1 mukaiset käyrät.
Riisi. 3. Muutos IGBT-transistorin jännitehäviössä Uke ja virrassa Ic
Riisi. 4. Vastaava kaavio IGBT-tyyppisestä transistorista (a) ja sen virta-jännite-ominaisuuksista (b)
Tutkimukset ovat osoittaneet, että useimpien IGBT-transistorien käynnistys- ja sammutusajat eivät ylitä 0,5–1,0 μs. Ulkoisten lisäkomponenttien määrän vähentämiseksi IGBT-transistoreihin laitetaan diodeja tai valmistetaan useista komponenteista koostuvia moduuleja (kuva 5, a - d).
Riisi. 5. IGBT-transistorien moduulien symbolit: a — MTKID; b — MTKI; c - M2TKI; d – MDTKI
IGBT-transistorien symbolit sisältävät: kirjain M — potentiaalivapaa moduuli (kanta on eristetty); 2 — avainten lukumäärä; kirjaimet TCI — bipolaarinen eristetyllä kannella; DTKI — Diodi-/kaksinapainen transistori eristetyllä portilla; TCID — bipolaarinen transistori / eristetty porttidiodi; numerot: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 - suurin virta; numerot: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — maksimijännite kollektorin ja emitterin Uke välillä (* 100V). Esimerkiksi MTKID-75-17-moduulissa on UKE = 1700 V, I = 2 * 75 A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Teknisten tieteiden tohtori, professori L.A. Potapov