Transistors IGBT
Els transistors bipolars amb una porta aïllada són un nou tipus de dispositius actius que van aparèixer relativament recentment. Les seves característiques d'entrada són similars a les característiques d'entrada d'un transistor d'efecte de camp i les seves característiques de sortida són similars a les característiques de sortida d'un bipolar.
A la literatura, aquest dispositiu s'anomena IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... En termes de velocitat, és notablement superior transistors bipolars... Molt sovint, els transistors IGBT s'utilitzen com a interruptors d'alimentació, on el temps d'encesa és de 0,2 a 0,4 μs i el temps d'apagat és de 0,2 a 1,5 μs, les tensions commutades arriben a 3,5 kV i els corrents són de 1200 A .
Els transistors IGBT-T substitueixen els tiristors dels circuits de conversió d'alta tensió i permeten crear fonts d'alimentació secundàries polsades amb característiques qualitativament millors. Els transistors IGBT-T s'utilitzen àmpliament en inversors per controlar motors elèctrics, en sistemes de potència contínua d'alta potència amb tensions superiors a 1 kV i corrents de centenars d'amperes.Fins a cert punt, això es deu al fet que en l'estat encès a corrents de centenars d'amperes, la caiguda de tensió a través del transistor està en el rang d'1,5 a 3,5 V.
Com es pot veure a l'estructura del transistor IGBT (Fig. 1), és un dispositiu força complex en el qual un transistor pn-p està controlat per un transistor MOS de canal n.
El col·lector del transistor IGBT (Fig. 2, a) és l'emissor del transistor VT4. Quan s'aplica una tensió positiva a la porta, el transistor VT1 té un canal elèctricament conductor. A través d'ell, l'emissor del transistor IGBT (el col·lector del transistor VT4) es connecta a la base del transistor VT4.
Això condueix al fet que està completament desbloquejat i la caiguda de tensió entre el col·lector del transistor IGBT i el seu emissor esdevé igual a la caiguda de tensió a la unió emissor del transistor VT4, sumada amb la caiguda de tensió Usi a través del transistor VT1.
A causa del fet que la caiguda de tensió a la unió p — n disminueix amb l'augment de la temperatura, la caiguda de tensió en un transistor IGBT desbloquejat en un determinat rang de corrent té un coeficient de temperatura negatiu, que esdevé positiu a alt corrent. Per tant, la caiguda de tensió a través de l'IGBT no cau per sota de la tensió llindar del díode (emissor VT4).
Arròs. 2. Circuit equivalent d'un transistor IGBT (a) i el seu símbol a la literatura nativa (b) i estrangera (c)
A mesura que augmenta la tensió aplicada al transistor IGBT, augmenta el corrent del canal, la qual cosa determina el corrent base del transistor VT4, mentre que la caiguda de tensió a través del transistor IGBT disminueix.
Quan el transistor VT1 està bloquejat, el corrent del transistor VT4 es fa petit, la qual cosa permet considerar-lo bloquejat. S'introdueixen capes addicionals per desactivar els modes de funcionament típics dels tiristors quan es produeix una avaria d'una allau. La capa de memòria intermèdia n + i la regió de base ampla n– proporcionen una reducció del guany actual del transistor p — n — p.
La imatge general de l'encesa i apagat és força complexa, ja que hi ha canvis en la mobilitat dels portadors de càrrega, els coeficients de transferència de corrent en els transistors p — n — p i n — p — n presents a l'estructura, canvis en les resistències dels regions, etc. Encara que en principi els transistors IGBT es poden utilitzar per funcionar en mode lineal, mentre que s'utilitzen principalment en mode clau.
En aquest cas, els canvis en les tensions de commutació es caracteritzen per les corbes que es mostren a la Fig.
Arròs. 3. Canvi de caiguda de tensió Uke i corrent Ic del transistor IGBT
Arròs. 4. Esquema equivalent d'un transistor tipus IGBT (a) i les seves característiques de corrent-tensió (b)
Els estudis han demostrat que per a la majoria dels transistors IGBT, els temps d'encesa i apagat no superen els 0,5-1,0 μs. Per reduir el nombre de components externs addicionals, s'introdueixen díodes en transistors IGBT o es produeixen mòduls formats per diversos components (Fig. 5, a — d).
Arròs. 5. Símbols dels mòduls dels transistors IGBT: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Els símbols dels transistors IGBT inclouen: lletra M — mòdul lliure de potencial (la base està aïllada); 2 — el nombre de claus; lletres TCI — bipolar amb coberta aïllada; DTKI — Díode / Transistor bipolar amb porta aïllada; TCID — Transistor bipolar / Díode de porta aïllada; números: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — corrent màxima; números: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — la tensió màxima entre el col·lector i l'emissor Uke (* 100 V). Per exemple, el mòdul MTKID-75-17 té UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doctor en ciències tècniques, professor L.A. Potapov