IGBT transistörler
İzole kapılı bipolar transistörler, nispeten yakın zamanda ortaya çıkan yeni bir aktif cihaz türüdür. Giriş özellikleri, alan etkili bir transistörün giriş özelliklerine benzer ve çıkış özellikleri, bir bipoların çıkış özelliklerine benzer.
Literatürde bu cihaza IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) denir... Hız açısından önemli ölçüde üstündür çift kutuplu transistörler... Çoğu zaman, IGBT transistörleri, açma süresinin 0,2 - 0,4 μs ve kapatma süresinin 0,2 - 1,5 μs olduğu, anahtarlamalı voltajların 3,5 kV'a ulaştığı ve akımların 1200 A olduğu güç anahtarları olarak kullanılır. .
IGBT-T transistörler, yüksek voltaj dönüştürme devrelerindeki tristörlerin yerini alır ve niteliksel olarak daha iyi özelliklere sahip darbeli ikincil güç kaynakları oluşturmayı mümkün kılar. IGBT-T transistörler, elektrik motorlarını kontrol etmek için invertörlerde, 1 kV'un üzerindeki gerilimlere ve yüzlerce amperlik akımlara sahip yüksek güçlü sürekli güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.Bir dereceye kadar bunun nedeni, yüzlerce amperlik akımlarda açık durumda, transistördeki voltaj düşüşünün 1,5 - 3,5V aralığında olmasıdır.
IGBT transistörün yapısından da görülebileceği gibi (Şekil 1), pn-p transistörünün n-kanallı bir MOS transistör tarafından kontrol edildiği oldukça karmaşık bir cihazdır.
IGBT transistörünün toplayıcısı (Şekil 2, a), VT4 transistörünün yayıcısıdır. Kapıya pozitif voltaj uygulandığında, transistör VT1 elektriksel olarak iletken bir kanala sahiptir. Bunun aracılığıyla, IGBT transistörünün yayıcısı (VT4 transistörünün toplayıcısı), VT4 transistörünün tabanına bağlanır.
Bu, tamamen kilidinin açılmasına ve IGBT transistörünün toplayıcısı ile yayıcısı arasındaki voltaj düşüşünün, VT1 transistörü boyunca Usi voltaj düşüşüyle toplanan VT4 transistörünün yayıcı bağlantısındaki voltaj düşüşüne eşit olmasına yol açar.
Artan sıcaklıkla p-n eklemindeki gerilim düşüşünün azalması nedeniyle, kilidi açılmış bir IGBT transistöründe belirli bir akım aralığındaki gerilim düşümü, yüksek akımda pozitif olan negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir. Bu nedenle, IGBT üzerindeki voltaj düşüşü diyotun (VT4 yayıcı) eşik voltajının altına düşmez.
Pirinç. 2. Bir IGBT transistörün (a) eşdeğer devresi ve yerli (b) ve yabancı (c) literatürdeki sembolü
IGBT transistörüne uygulanan voltaj arttıkça, VT4 transistörünün taban akımını belirleyen kanal akımı artarken, IGBT transistöründeki voltaj düşüşü azalır.
Transistör VT1 kilitlendiğinde, transistör VT4'ün akımı küçülür ve bu da kilitli olduğunu düşünmeyi mümkün kılar. Bir çığ arızası meydana geldiğinde tristöre özgü çalışma modlarını devre dışı bırakmak için ek katmanlar eklenir. Tampon katmanı n + ve geniş taban bölgesi n–, p — n — p transistörünün akım kazancında bir azalma sağlar.
Açma ve kapatmanın genel resmi oldukça karmaşıktır, çünkü yük taşıyıcılarının hareketliliğinde değişiklikler, yapıda mevcut olan p - n - p ve n - p - n transistörlerde akım aktarım katsayıları, dirençlerinde değişiklikler olduğu için bölgeler vb. Prensipte IGBT transistörleri doğrusal modda çalışmak için kullanılabilse de, esas olarak anahtar modunda kullanılırlar.
Bu durumda, anahtar gerilimlerindeki değişimler, Şekil 1'de gösterilen eğrilerle karakterize edilir.
Pirinç. 3. IGBT transistörün voltaj düşüşü Uke ve akım Ic değişimi
Pirinç. 4. Bir IGBT tipi transistörün (a) ve akım-gerilim özelliklerinin (b) eşdeğer diyagramı
Çalışmalar, çoğu IGBT transistör için açma ve kapatma sürelerinin 0,5 - 1,0 μs'yi geçmediğini göstermiştir. Ek harici bileşenlerin sayısını azaltmak için, IGBT transistörlerine diyotlar yerleştirilir veya birkaç bileşenden oluşan modüller üretilir (Şekil 5, a - d).
Pirinç. 5. IGBT transistör modüllerinin sembolleri: a — MTKID; b — MTKİ; c — M2TKI; d — MDTKİ
IGBT transistörlerinin sembolleri şunları içerir: M harfi — potansiyelsiz modül (taban izole edilmiştir); 2 — anahtar sayısı; harfler TCI — yalıtımlı kapaklı iki kutuplu; DTKI — İzole Kapılı Diyot / Bipolar Transistör; TCID — Bipolar Transistör / İzole Kapı Diyotu; sayılar: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — maksimum akım; sayılar: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — toplayıcı ile yayıcı Uke (* 100V) arasındaki maksimum voltaj. Örneğin, MTKID-75-17 modülü UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W değerine sahiptir.
Teknik bilimler doktoru, profesör L.A. Potapov