ИГБТ транзистори
Биполарни транзистори са изолованом капијом су нова врста активних уређаја која се појавила релативно недавно. Његове улазне карактеристике су сличне улазним карактеристикама транзистора са ефектом поља, а излазне карактеристике су сличне излазним карактеристикама биполарног.
У литератури се овај уређај назива ИГБТ (Инсулатед Гате Биполар Трансистор)... По брзини је значајно супериорнији биполарни транзистори... Најчешће се као прекидачи за напајање користе ИГБТ транзистори, где је време укључивања 0,2 — 0,4 μс, а време искључивања 0,2 — 1,5 μс, укључени напони достижу 3,5 кВ, а струје су 1200 А. .
ИГБТ-Т транзистори замењују тиристоре из високонапонских претварачких кола и омогућавају стварање импулсних секундарних извора напајања са квалитативно бољим карактеристикама. ИГБТ-Т транзистори се широко користе у инверторима за управљање електромоторима, у системима континуалног напајања велике снаге са напонима изнад 1 кВ и струјама од стотине ампера.До неке мере, то је због чињенице да је у укљученом стању при струјама од стотине ампера пад напона на транзистору у опсегу од 1,5-3,5В.
Као што се може видети из структуре ИГБТ транзистора (слика 1), то је прилично сложен уређај у коме се пн-п транзистором контролише н-канални МОС транзистор.
Колектор ИГБТ транзистора (слика 2, а) је емитер ВТ4 транзистора. Када се на капију примени позитиван напон, транзистор ВТ1 има канал за електричну проводљивост. Преко њега је емитер ИГБТ транзистора (колектор ВТ4 транзистора) повезан са базом ВТ4 транзистора.
Ово доводи до чињенице да је потпуно откључан и пад напона између колектора ИГБТ транзистора и његовог емитера постаје једнак паду напона у емитерском споју ВТ4 транзистора, збирном са падом напона Уси преко ВТ1 транзистора.
Због чињенице да се пад напона у п — н споју смањује са повећањем температуре, пад напона у откључаном ИГБТ транзистору у одређеном струјном опсегу има негативан температурни коефицијент, који постаје позитиван при великој струји. Стога, пад напона на ИГБТ не пада испод граничног напона диоде (ВТ4 емитер).
Пиринач. 2. Еквивалентно коло ИГБТ транзистора (а) и његов симбол у домаћој (б) и страној (ц) литератури
Како се напон примењен на ИГБТ транзистор повећава, струја канала се повећава, што одређује основну струју ВТ4 транзистора, док се пад напона на ИГБТ транзистору смањује.
Када је транзистор ВТ1 закључан, струја транзистора ВТ4 постаје мала, што омогућава да се сматра закључаним. Додатни слојеви се уводе да би се онемогућили тиристорски типични режими рада када дође до лавине. Тампон слој н + и широки базни регион н– обезбеђују смањење струјног појачања п — н — п транзистора.
Општа слика укључивања и искључивања је прилично сложена, јер долази до промена у покретљивости носилаца набоја, коефицијенти преноса струје у п — н — п и н — п — н транзистори присутним у структури, промене у отпорности региони итд. Иако се у принципу ИГБТ транзистори могу користити за рад у линеарном режиму, док се углавном користе у кључном режиму.
У овом случају, промене напона прекидача карактеришу криве приказане на сл.
Пиринач. 3. Промена пада напона Уке и струје Иц ИГБТ транзистора
Пиринач. 4. Еквивалентни дијаграм транзистора ИГБТ типа (а) и његове струјно-напонске карактеристике (б)
Студије су показале да за већину ИГБТ транзистора време укључивања и искључивања не прелази 0,5 — 1,0 μс. Да би се смањио број додатних екстерних компоненти, диоде се уводе у ИГБТ транзисторе или се производе модули који се састоје од неколико компоненти (слика 5, а — д).
Пиринач. 5. Симболи модула ИГБТ-транзистора: а — МТКИД; б — МТКИ; ц — М2ТКИ; д — МДТКИ
Симболи ИГБТ транзистора укључују: слово М — безпотенцијални модул (база је изолована); 2 — број кључева; слова ТЦИ — биполарни са изолованим поклопцем; ДТКИ — Диода/биполарни транзистор са изолованим капијом; ТЦИД — биполарни транзистор / изолована гејт диода; бројеви: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — максимална струја; бројеви: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — максимални напон између колектора и емитера Уке (* 100В). На пример, модул МТКИД-75-17 има УКЕ = 1700 В, И = 2 * 75 А, УКЕотк = 3,5 В, ПКмак = 625 В.
Доктор техничких наука, професор Л.А. Потапов