IGBT transistorer
Bipolare transistorer med en isolert port er en ny type aktive enheter som dukket opp relativt nylig. Inngangskarakteristikkene ligner inngangskarakteristikkene til en felteffekttransistor og utgangskarakteristikkene ligner utgangskarakteristikkene til en bipolar.
I litteraturen kalles denne enheten en IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Med tanke på hastighet er den betydelig overlegen bipolare transistorer... Oftest brukes IGBT-transistorer som strømbrytere, der innkoblingstiden er 0,2 — 0,4 μs, og utkoblingstiden er 0,2 — 1,5 μs, de svitsjede spenningene når 3,5 kV, og strømmene er 1200 A .
IGBT-T transistorer erstatter tyristorer fra høyspenningskonverteringskretser og gjør det mulig å lage pulsede sekundære strømforsyninger med kvalitativt bedre egenskaper. IGBT-T-transistorer er mye brukt i invertere for styring av elektriske motorer, i kontinuerlige kraftsystemer med høy effekt med spenninger over 1 kV og strømmer på hundrevis av ampere.Til en viss grad skyldes dette det faktum at i på-tilstand ved strømmer på hundrevis av ampere, er spenningsfallet over transistoren i området 1,5 - 3,5V.
Som man kan se fra strukturen til IGBT-transistoren (fig. 1), er det en ganske kompleks enhet der en pn-p-transistor styres av en n-kanals MOS-transistor.
Kollektoren til IGBT-transistoren (fig. 2, a) er emitteren til VT4-transistoren. Når en positiv spenning påføres porten, har transistoren VT1 en elektrisk ledende kanal. Gjennom den er emitteren til IGBT-transistoren (kollektoren til VT4-transistoren) koblet til bunnen av VT4-transistoren.
Dette fører til at den er helt ulåst og spenningsfallet mellom kollektoren til IGBT-transistoren og emitteren blir lik spenningsfallet i emitterkrysset til VT4-transistoren, summert med spenningsfallet Usi over VT1-transistoren.
På grunn av det faktum at spenningsfallet i p — n-krysset avtar med økende temperatur, har spenningsfallet i en ulåst IGBT-transistor i et visst strømområde en negativ temperaturkoeffisient, som blir positiv ved høy strøm. Derfor faller ikke spenningsfallet over IGBT under terskelspenningen til dioden (VT4 emitter).
Ris. 2. Ekvivalent krets for en IGBT-transistor (a) og dens symbol i den opprinnelige (b) og utenlandske (c) litteraturen
Når spenningen påført IGBT-transistoren øker, øker kanalstrømmen, noe som bestemmer basisstrømmen til VT4-transistoren, mens spenningsfallet over IGBT-transistoren avtar.
Når transistoren VT1 er låst, blir strømmen til transistoren VT4 liten, noe som gjør det mulig å betrakte den som låst. Ytterligere lag er introdusert for å deaktivere tyristor-typiske driftsmoduser når det oppstår et snøskred. Bufferlaget n+ og det brede baseområdet n– gir en reduksjon i strømforsterkningen til p-n-p-transistoren.
Det generelle bildet av å slå på og av er ganske komplekst, siden det er endringer i mobiliteten til ladningsbærere, strømoverføringskoeffisienter i p — n — p og n — p — n transistorer som er tilstede i strukturen, endringer i motstandene til regioner osv. Selv om IGBT-transistorer i prinsippet kan brukes til å operere i lineær modus, mens de hovedsakelig brukes i nøkkelmodus.
I dette tilfellet er endringene i bryterspenningene preget av kurvene vist i fig.
Ris. 3. Endring i spenningsfall Uke og strøm Ic til IGBT-transistoren
Ris. 4. Ekvivalent diagram av en transistor av IGBT-typen (a) og dens strømspenningsegenskaper (b)
Studier har vist at for de fleste IGBT-transistorer overstiger ikke på- og avstengingstiden 0,5 - 1,0 μs. For å redusere antall ekstra eksterne komponenter, introduseres dioder i IGBT-transistorer eller det produseres moduler som består av flere komponenter (fig. 5, a — d).
Ris. 5. Symboler for moduler til IGBT-transistorer: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Symbolene til IGBT-transistorer inkluderer: bokstaven M - potensialfri modul (basen er isolert); 2 — antall nøkler; bokstaver TCI — bipolar med isolert deksel; DTKI — Diode/bipolar transistor med isolert port; TCID — Bipolar Transistor / Isolated Gate Diode; tall: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maksimal strøm; tall: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — maksimal spenning mellom kollektoren og emitteren Uke (* 100V). For eksempel har MTKID-75-17-modulen UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doktor i tekniske vitenskaper, professor L.A. Potapov