IGBT tranzistoriai
Bipoliniai tranzistoriai su izoliuotais vartais yra naujo tipo aktyvūs įrenginiai, kurie pasirodė palyginti neseniai. Jo įvesties charakteristikos yra panašios į lauko efekto tranzistoriaus įvesties charakteristikas, o jo išėjimo charakteristikos yra panašios į dvipolio išėjimo charakteristikas.
Literatūroje šis prietaisas vadinamas IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Pagal greitį jis gerokai pranašesnis bipoliniai tranzistoriai... Dažniausiai kaip galios jungikliai naudojami IGBT tranzistoriai, kurių įjungimo laikas 0,2 — 0,4 μs, o išsijungimo laikas 0,2 — 1,5 μs, įjungtos įtampos siekia 3,5 kV, o srovės 1200 A. .
IGBT-T tranzistoriai pakeičia tiristorius iš aukštos įtampos konversijos grandinių ir leidžia sukurti kokybiškai geresnių charakteristikų impulsinius antrinius maitinimo šaltinius. IGBT-T tranzistoriai plačiai naudojami keitikliuose, skirtuose valdyti elektros variklius, didelės galios nuolatinio maitinimo sistemose, kurių įtampa viršija 1 kV ir šimtų amperų srovė.Tam tikru mastu taip yra dėl to, kad įjungimo būsenoje esant šimtų amperų srovėms tranzistoriaus įtampos kritimas yra 1,5–3,5 V.
Kaip matyti iš IGBT tranzistoriaus sandaros (1 pav.), tai gana sudėtingas įrenginys, kuriame pn-p tranzistorius valdomas n kanalų MOS tranzistorius.
IGBT tranzistoriaus kolektorius (2 pav., a) yra VT4 tranzistoriaus emiteris. Kai į vartus įvedama teigiama įtampa, tranzistorius VT1 turi elektrai laidų kanalą. Per jį IGBT tranzistoriaus emiteris (VT4 tranzistoriaus kolektorius) yra prijungtas prie VT4 tranzistoriaus pagrindo.
Tai lemia tai, kad jis yra visiškai atrakintas, o įtampos kritimas tarp IGBT tranzistoriaus kolektoriaus ir jo emiterio tampa lygus įtampos kritimui VT4 tranzistoriaus emiterio sandūroje, sumuojamam su įtampos kritimu Usi per VT1 tranzistorių.
Dėl to, kad didėjant temperatūrai įtampos kritimas p — n sandūroje mažėja, tam tikrame srovės diapazone atblokuoto IGBT tranzistoriaus įtampos kritimas turi neigiamą temperatūros koeficientą, kuris esant didelei srovei tampa teigiamas. Todėl IGBT įtampos kritimas nenukrenta žemiau diodo (VT4 emiterio) slenkstinės įtampos.
Ryžiai. 2. Lygiavertė IGBT tranzistoriaus grandinė (a) ir jo simbolis gimtojoje (b) ir užsienio (c) literatūroje
Didėjant IGBT tranzistoriaus įtampai, didėja kanalo srovė, kuri lemia VT4 tranzistoriaus bazinę srovę, o IGBT tranzistoriaus įtampos kritimas mažėja.
Kai tranzistorius VT1 yra užrakintas, tranzistoriaus VT4 srovė tampa maža, todėl galima laikyti jį užrakintu. Įvedami papildomi sluoksniai, norint išjungti tiristoriams būdingus veikimo režimus, kai įvyksta lavina. Buferinis sluoksnis n + ir plati bazinė sritis n– sumažina tranzistoriaus p — n — p srovės stiprinimą.
Bendras įjungimo ir išjungimo vaizdas yra gana sudėtingas, nes kinta krūvininkų judrumas, srovės perdavimo koeficientai konstrukcijoje esančiuose p — n — p ir n — p — n tranzistorius, keičiasi krūvininkų varžos. regionai ir kt. Nors iš esmės IGBT tranzistoriai gali būti naudojami veikti linijiniu režimu, tuo tarpu jie daugiausia naudojami raktų režimu.
Šiuo atveju jungiklių įtampų pokyčiai apibūdinami kreivėmis, parodytomis fig.
Ryžiai. 3. IGBT tranzistoriaus įtampos kritimo Uke ir srovės Ic pokytis
Ryžiai. 4. IGBT tipo tranzistoriaus (a) ir jo srovės-įtampos charakteristikų (b) ekvivalentinė schema
Tyrimai parodė, kad daugumos IGBT tranzistorių įjungimo ir išjungimo laikas neviršija 0,5–1,0 μs. Siekiant sumažinti papildomų išorinių komponentų skaičių, į IGBT tranzistorius įvedami diodai arba gaminami moduliai, susidedantys iš kelių komponentų (5 pav., a — d).
Ryžiai. 5. IGBT-tranzistorių modulių simboliai: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
IGBT tranzistorių simboliai yra: raidė M — modulis be potencialo (pagrindas izoliuotas); 2 — raktų skaičius; raidės TCI — dvipolis su izoliuotu dangteliu; DTKI - diodas / dvipolis tranzistorius su izoliuotais užtaisais; TCID – dvipolis tranzistorius / izoliuotas vartų diodas; skaičiai: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — didžiausia srovė; skaičiai: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — didžiausia įtampa tarp kolektoriaus ir emiterio Uke (* 100V). Pavyzdžiui, MTKID-75-17 modulio UKE = 1700 V, I = 2 * 75 A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Technikos mokslų daktaras, profesorius L. A. Potapovas