IGBT-transistors
Bipolaire transistors met een geïsoleerde poort zijn een nieuw type actieve apparaten dat relatief recent is verschenen. De ingangskarakteristieken zijn vergelijkbaar met de ingangskarakteristieken van een veldeffecttransistor en de uitgangskarakteristieken zijn vergelijkbaar met de uitgangskarakteristieken van een bipolaire transistor.
In de literatuur wordt dit apparaat een IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) genoemd... Qua snelheid is het aanzienlijk beter bipolaire transistoren... Meestal worden IGBT-transistors gebruikt als stroomschakelaars, waarbij de inschakeltijd 0,2 - 0,4 μs is en de uitschakeltijd 0,2 - 1,5 μs, de geschakelde spanningen 3,5 kV bereiken en de stromen 1200 A zijn .
IGBT-T-transistors vervangen thyristors uit hoogspanningsomzettingscircuits en maken het mogelijk om gepulste secundaire voedingen te creëren met kwalitatief betere eigenschappen. IGBT-T-transistors worden veel gebruikt in omvormers voor het aansturen van elektromotoren, in krachtige continue vermogenssystemen met spanningen van meer dan 1 kV en stromen van honderden ampères.Tot op zekere hoogte is dit te wijten aan het feit dat in de ingeschakelde toestand bij stromen van honderden ampères de spanningsval over de transistor in het bereik van 1,5 - 3,5 V ligt.
Zoals te zien is aan de structuur van de IGBT-transistor (figuur 1), is het een nogal complex apparaat waarin een pn-p-transistor wordt bestuurd door een n-kanaal MOS-transistor.
De collector van de IGBT-transistor (Fig. 2, a) is de emitter van de VT4-transistor. Wanneer een positieve spanning op de poort wordt aangelegd, heeft de transistor VT1 een elektrisch geleidend kanaal. Hierdoor is de emitter van de IGBT-transistor (de collector van de VT4-transistor) verbonden met de basis van de VT4-transistor.
Dit leidt ertoe dat het volledig ontgrendeld is en de spanningsval tussen de collector van de IGBT-transistor en zijn emitter gelijk wordt aan de spanningsval in de emitterovergang van de VT4-transistor, opgeteld bij de spanningsval Usi over de VT1-transistor.
Vanwege het feit dat de spanningsval in de p-n-overgang afneemt met toenemende temperatuur, heeft de spanningsval in een ontgrendelde IGBT-transistor in een bepaald stroombereik een negatieve temperatuurcoëfficiënt, die positief wordt bij hoge stroom. Daarom valt de spanningsval over de IGBT niet onder de drempelspanning van de diode (VT4-emitter).
Rijst. 2. Equivalent circuit van een IGBT-transistor (a) en zijn symbool in de oorspronkelijke (b) en buitenlandse (c) literatuur
Naarmate de spanning op de IGBT-transistor toeneemt, neemt de kanaalstroom toe, wat de basisstroom van de VT4-transistor bepaalt, terwijl de spanningsval over de IGBT-transistor afneemt.
Wanneer de transistor VT1 is vergrendeld, wordt de stroom van de transistor VT4 klein, waardoor deze als vergrendeld kan worden beschouwd. Er worden extra lagen geïntroduceerd om thyristor-typische werkingsmodi uit te schakelen wanneer een lawine doorbreekt. De bufferlaag n + en het brede basisgebied n– zorgen voor een vermindering van de stroomversterking van de p - n - p-transistor.
Het algemene beeld van in- en uitschakelen is vrij complex, aangezien er veranderingen zijn in de mobiliteit van ladingsdragers, stroomoverdrachtscoëfficiënten in p - n - p en n - p - n transistors aanwezig in de structuur, veranderingen in de weerstanden van de regio's, enz. . Hoewel IGBT-transistors in principe kunnen worden gebruikt om in lineaire modus te werken, worden ze voornamelijk in sleutelmodus gebruikt.
In dit geval worden de veranderingen in de schakelspanningen gekenmerkt door de curven getoond in Fig.
Rijst. 3. Verandering in spanningsval Uke en stroom Ic van de IGBT-transistor
Rijst. 4. Equivalent diagram van een IGBT-type transistor (a) en zijn stroom-spanningskarakteristieken (b)
Studies hebben aangetoond dat voor de meeste IGBT-transistors de in- en uitschakeltijden niet langer zijn dan 0,5 - 1,0 μs. Om het aantal extra externe componenten te verminderen, worden diodes in IGBT-transistors geïntroduceerd of worden modules geproduceerd die uit verschillende componenten bestaan (Fig. 5, a - d).
Rijst. 5. Symbolen van modules van IGBT-transistoren: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
De symbolen van IGBT-transistors omvatten: letter M - potentiaalvrije module (de basis is geïsoleerd); 2 — het aantal toetsen; letters TCI — bipolair met geïsoleerd deksel; DTKI — Diode / bipolaire transistor met geïsoleerde poort; TCID — Bipolaire transistor / geïsoleerde poortdiode; nummers: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 - maximale stroom; nummers: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — de maximale spanning tussen de collector en de zender Uke (* 100V). De module MTKID-75-17 heeft bijvoorbeeld UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doctor in de technische wetenschappen, professor L.A. Potapov