IGBT transistorid
Eraldatud väravaga bipolaarsed transistorid on uut tüüpi aktiivsed seadmed, mis ilmusid suhteliselt hiljuti. Selle sisendomadused on sarnased väljatransistori sisendomadustega ja selle väljundomadused on sarnased bipolaarse väljundkarakteristikutega.
Kirjanduses nimetatakse seda seadet IGBT-ks (Isolated Gate Bipolar Transistor)... Kiiruse poolest on see oluliselt parem bipolaarsed transistorid... Kõige sagedamini kasutatakse toitelülititena IGBT transistore, mille sisselülitumisaeg on 0,2 - 0,4 μs ja väljalülitusaeg 0,2 - 1,5 μs, lülitatud pinged ulatuvad 3,5 kV ja voolud 1200 A .
IGBT-T transistorid asendavad kõrgepinge muundamisahelate türistoreid ja võimaldavad luua kvalitatiivselt paremate omadustega impulsssekundaarseid toiteallikaid. IGBT-T transistore kasutatakse laialdaselt inverterites elektrimootorite juhtimiseks, suure võimsusega pideva toitesüsteemide puhul, mille pinge on üle 1 kV ja voolud ulatuvad sadade ampriteni.Mingil määral on see tingitud asjaolust, et sisselülitatud olekus sadade amprite voolude juures on transistori pingelangus vahemikus 1,5–3,5 V.
Nagu on näha IGBT-transistori ehitusest (joonis 1), on tegemist üsna keeruka seadmega, milles pn-p transistori juhib n-kanaliline MOS-transistor.
IGBT-transistori kollektor (joonis 2, a) on VT4 transistori emitter. Kui paisule rakendatakse positiivset pinget, on transistoril VT1 elektrit juhtiv kanal. Selle kaudu on IGBT transistori emitter (transistori VT4 kollektor) ühendatud VT4 transistori alusega.
See toob kaasa asjaolu, et see on täielikult lukustamata ja pingelang IGBT-transistori kollektori ja selle emitteri vahel võrdub pingelanguga VT4-transistori emitteri ristmikus, mis liidetakse pingelanguga Usi üle VT1-transistori.
Tulenevalt asjaolust, et pingelang p — n-siirdes väheneb temperatuuri tõustes, on lukustamata IGBT-transistori pingelang teatud vooluvahemikus negatiivse temperatuurikoefitsiendiga, mis suure voolu korral muutub positiivseks. Seetõttu ei lange IGBT pingelang alla dioodi (VT4 emitteri) lävipinge.
Riis. 2. IGBT-transistori (a) ja selle sümboli samaväärne vooluahel omakeelses (b) ja väliskirjanduses (c)
Kui IGBT-transistorile rakendatav pinge suureneb, suureneb kanali vool, mis määrab VT4 transistori baasvoolu, samal ajal kui IGBT-transistori pingelang väheneb.
Kui transistor VT1 on lukustatud, muutub transistori VT4 vool väikeseks, mis võimaldab lugeda seda lukustatuks. Lisakihid võetakse kasutusele türistori tüüpiliste töörežiimide keelamiseks laviini purunemise korral. Puhverkiht n + ja lai aluspiirkond n– vähendavad p — n — p transistori vooluvõimendust.
Sisse- ja väljalülitamise üldpilt on üsna keeruline, kuna toimuvad muutused laengukandjate liikuvuses, struktuuris esinevates p — n — p ja n — p — n transistori voolu ülekandetegurites, muutused laengukandjate takistustes. piirkonnad jne. Kuigi põhimõtteliselt saab IGBT-transistore kasutada lineaarses režiimis töötamiseks, kasutatakse neid peamiselt võtmerežiimis.
Sel juhul iseloomustatakse lüliti pinge muutusi joonisel fig.
Riis. 3. IGBT-transistori pingelanguse Uke ja voolu Ic muutus
Riis. 4. IGBT tüüpi transistori (a) ja selle voolu-pinge karakteristikute (b) ekvivalentskeem
Uuringud on näidanud, et enamiku IGBT-transistoride puhul ei ületa sisse- ja väljalülitumisajad 0,5–1,0 μs. Täiendavate väliskomponentide arvu vähendamiseks sisestatakse IGBT transistoritesse dioodid või toodetakse mitmest komponendist koosnevaid mooduleid (joon. 5, a — d).
Riis. 5. IGBT-transistoride moodulite tähised: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
IGBT transistoride sümbolite hulka kuuluvad: täht M — potentsiaalivaba moodul (alus on isoleeritud); 2 — võtmete arv; tähed TCI — bipolaarne isoleeritud kattega; DTKI — isoleeritud väravaga diood/bipolaarne transistor; TCID — bipolaarne transistor / isoleeritud värava diood; numbrid: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maksimaalne vool; numbrid: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — maksimaalne pinge kollektori ja emitteri Uke vahel (* 100V). Näiteks moodulil MTKID-75-17 on UKE = 1700 V, I = 2 * 75 A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Tehnikateaduste doktor, professor L.A. Potapov