IGBT transistorer
Bipolære transistorer med en isoleret gate er en ny type aktive enheder, der dukkede op relativt for nylig. Dens input-karakteristika svarer til input-egenskaberne for en felteffekttransistor, og dens output-karakteristika svarer til output-karakteristikaene for en bipolar.
I litteraturen kaldes denne enhed en IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Med hensyn til hastighed er den væsentligt overlegen bipolære transistorer... Oftest bruges IGBT-transistorer som strømafbrydere, hvor tændingstiden er 0,2 — 0,4 μs, og slukningstiden er 0,2 — 1,5 μs, de skiftede spændinger når 3,5 kV, og strømmene er 1200 A .
IGBT-T transistorer erstatter tyristorer fra højspændingskonverteringskredsløb og gør det muligt at skabe pulserede sekundære strømforsyninger med kvalitativt bedre egenskaber. IGBT-T transistorer er meget udbredt i invertere til styring af elektriske motorer, i højeffekts kontinuerlige strømsystemer med spændinger over 1 kV og strømme på hundredvis af ampere.Til en vis grad skyldes dette, at i tændt tilstand ved strømme på hundredvis af ampere er spændingsfaldet over transistoren i området 1,5 - 3,5V.
Som det kan ses af strukturen af IGBT-transistoren (fig. 1), er det en ret kompleks enhed, hvor en pn-p-transistor styres af en n-kanal MOS-transistor.
IGBT-transistorens kollektor (fig. 2, a) er VT4-transistorens emitter. Når en positiv spænding påføres porten, har transistoren VT1 en elektrisk ledende kanal. Gennem den er emitteren af IGBT-transistoren (kollektoren af VT4-transistoren) forbundet til bunden af VT4-transistoren.
Dette fører til, at den er helt ulåst, og spændingsfaldet mellem IGBT-transistorens kollektor og dens emitter bliver lig med spændingsfaldet i VT4-transistorens emitterforbindelse, summeret med spændingsfaldet Usi over VT1-transistoren.
På grund af det faktum, at spændingsfaldet i p - n krydset falder med stigende temperatur, har spændingsfaldet i en ulåst IGBT transistor i et bestemt strømområde en negativ temperaturkoefficient, som bliver positiv ved høj strøm. Derfor falder spændingsfaldet over IGBT ikke under diodens tærskelspænding (VT4 emitter).
Ris. 2. Tilsvarende kredsløb for en IGBT-transistor (a) og dens symbol i den oprindelige (b) og udenlandske (c) litteratur
Når spændingen påført IGBT-transistoren stiger, stiger kanalstrømmen, hvilket bestemmer basisstrømmen for VT4-transistoren, mens spændingsfaldet over IGBT-transistoren falder.
Når transistoren VT1 er låst, bliver strømmen af transistoren VT4 lille, hvilket gør det muligt at betragte den som låst. Yderligere lag indføres for at deaktivere tyristor-typiske driftstilstande, når der opstår et lavinesammenbrud. Bufferlaget n+ og det brede basisområde n– giver en reduktion i strømforstærkningen af p-n-p-transistoren.
Det generelle billede af at tænde og slukke er ret komplekst, da der er ændringer i mobiliteten af ladningsbærere, strømoverførselskoefficienter i p — n — p og n — p — n transistorer til stede i strukturen, ændringer i modstandene af regioner osv. Selvom IGBT-transistorer i princippet kan bruges til at fungere i lineær tilstand, mens de hovedsageligt bruges i nøgletilstand.
I dette tilfælde er ændringerne i omskifterspændingerne karakteriseret ved kurverne vist i fig.
Ris. 3. Ændring i spændingsfald Uke og strøm Ic på IGBT-transistoren
Ris. 4. Tilsvarende diagram af en IGBT-type transistor (a) og dens strøm-spændingskarakteristika (b)
Undersøgelser har vist, at for de fleste IGBT-transistorer overstiger tænd- og sluktider ikke 0,5 - 1,0 μs. For at reducere antallet af yderligere eksterne komponenter indføres dioder i IGBT-transistorer eller der produceres moduler bestående af flere komponenter (fig. 5, a — d).
Ris. 5. Symboler for moduler af IGBT-transistorer: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Symbolerne på IGBT-transistorer omfatter: bogstavet M — potentialfrit modul (basen er isoleret); 2 — antallet af nøgler; bogstaver TCI — bipolar med isoleret dæksel; DTKI — Diode/bipolær transistor med isoleret port; TCID — Bipolar Transistor/Isolated Gate Diode; tal: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maksimal strøm; tal: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — den maksimale spænding mellem solfangeren og emitteren Uke (* 100V). For eksempel har MTKID-75-17 modulet UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doktor i tekniske videnskaber, professor L.A. Potapov