IGBT transistorer
Bipolära transistorer med en isolerad grind är en ny typ av aktiva enheter som dök upp relativt nyligen. Dess ingångskarakteristika liknar ingångsegenskaperna för en fälteffekttransistor och dess utgångskarakteristika liknar utgångsegenskaperna hos en bipolär.
I litteraturen kallas denna enhet en IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... När det gäller hastighet är den betydligt överlägsen bipolära transistorer... Oftast används IGBT-transistorer som strömbrytare, där starttiden är 0,2 - 0,4 μs, och avstängningstiden är 0,2 - 1,5 μs, de kopplade spänningarna når 3,5 kV och strömmen är 1200 A .
IGBT-T-transistorer ersätter tyristorer från högspänningsomvandlingskretsar och gör det möjligt att skapa pulsade sekundära strömförsörjningar med kvalitativt bättre egenskaper. IGBT-T-transistorer används ofta i växelriktare för att styra elmotorer, i kontinuerliga kraftsystem med hög effekt med spänningar över 1 kV och strömmar på hundratals ampere.Till viss del beror detta på det faktum att i tillståndet vid strömmar på hundratals ampere är spänningsfallet över transistorn i intervallet 1,5 - 3,5V.
Som framgår av strukturen hos IGBT-transistorn (fig. 1) är det en ganska komplex anordning där en pn-p-transistor styrs av en n-kanals MOS-transistor.
Kollektorn för IGBT-transistorn (fig. 2, a) är emittern för VT4-transistorn. När en positiv spänning appliceras på grinden har transistorn VT1 en elektriskt ledande kanal. Genom den är emittern från IGBT-transistorn (kollektorn för VT4-transistorn) ansluten till basen på VT4-transistorn.
Detta leder till att den är helt olåst och spänningsfallet mellan kollektorn på IGBT-transistorn och dess emitter blir lika med spänningsfallet i emitterövergången till VT4-transistorn, summerat med spänningsfallet Usi över VT1-transistorn.
På grund av att spänningsfallet i p — n-övergången minskar med ökande temperatur, har spänningsfallet i en olåst IGBT-transistor i ett visst strömområde en negativ temperaturkoefficient, som blir positiv vid hög ström. Därför faller inte spänningsfallet över IGBT under diodens tröskelspänning (VT4-sändare).
Ris. 2. Ekvivalent krets för en IGBT-transistor (a) och dess symbol i den inhemska (b) och utländska (c) litteraturen
När spänningen som appliceras på IGBT-transistorn ökar, ökar kanalströmmen, vilket bestämmer basströmmen för VT4-transistorn, medan spänningsfallet över IGBT-transistorn minskar.
När transistorn VT1 är låst blir strömmen i transistorn VT4 liten, vilket gör det möjligt att betrakta den som låst. Ytterligare lager införs för att inaktivera tyristortypiska driftlägen när ett lavinhaveri inträffar. Buffertskiktet n+ och det breda basområdet n– ger en minskning av strömförstärkningen för p-n-p-transistorn.
Den allmänna bilden av att slå på och av är ganska komplex, eftersom det finns förändringar i laddningsbärarnas rörlighet, strömöverföringskoefficienter i p — n — p och n — p — n transistorer som finns i strukturen, förändringar i resistanserna hos regioner etc. Även om i princip IGBT-transistorer kan användas för att arbeta i linjärt läge, medan de huvudsakligen används i nyckelläge.
I detta fall kännetecknas förändringarna i omkopplingsspänningarna av kurvorna som visas i fig.
Ris. 3. Ändring i spänningsfallet Uke och ström Ic för IGBT-transistorn
Ris. 4. Motsvarande diagram över en transistor av IGBT-typ (a) och dess ström-spänningsegenskaper (b)
Studier har visat att för de flesta IGBT-transistorer överstiger inte start- och avstängningstiderna 0,5 - 1,0 μs. För att minska antalet ytterligare externa komponenter, införs dioder i IGBT-transistorer eller så produceras moduler bestående av flera komponenter (fig. 5, a — d).
Ris. 5. Symboler för moduler för IGBT-transistorer: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
Symbolerna för IGBT-transistorer inkluderar: bokstaven M — potentialfri modul (basen är isolerad); 2 — antalet nycklar; bokstäver TCI — bipolär med isolerat lock; DTKI — Diod/bipolär transistor med isolerad grind; TCID — Bipolär transistor/isolerad grinddiod; nummer: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maximal ström; nummer: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — den maximala spänningen mellan kollektorn och sändaren Uke (* 100V). Till exempel har MTKID-75-17-modulen UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doktor i tekniska vetenskaper, professor L.A. Potapov