transistor IGBT
Transistor bipolar dengan gerbang terisolasi adalah jenis perangkat aktif baru yang muncul relatif baru. Karakteristik masukannya mirip dengan karakteristik masukan transistor efek medan dan karakteristik keluarannya mirip dengan karakteristik keluaran bipolar.
Dalam literatur, perangkat ini disebut IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... Dari segi kecepatan, ini jauh lebih unggul transistor bipolar... Paling sering, transistor IGBT digunakan sebagai sakelar daya, di mana waktu nyala 0,2 — 0,4 μs, dan waktu mati 0,2 — 1,5 μs, tegangan sakelar mencapai 3,5 kV, dan arus 1200 A .
Transistor IGBT-T menggantikan thyristor dari sirkuit konversi tegangan tinggi dan memungkinkan untuk membuat catu daya sekunder berdenyut dengan karakteristik yang lebih baik secara kualitatif. Transistor IGBT-T banyak digunakan dalam inverter untuk mengendalikan motor listrik, dalam sistem daya kontinu daya tinggi dengan tegangan di atas 1 kV dan arus ratusan ampere.Sampai batas tertentu, hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam keadaan aktif pada arus ratusan ampere, penurunan tegangan pada transistor berada dalam kisaran 1,5 — 3,5V.
Seperti dapat dilihat dari struktur transistor IGBT (Gbr. 1), ini adalah perangkat yang agak rumit di mana transistor pn-p dikendalikan oleh transistor MOS saluran-n.
Kolektor transistor IGBT (Gbr. 2, a) adalah emitor dari transistor VT4. Ketika tegangan positif diterapkan ke gerbang, transistor VT1 memiliki saluran penghantar listrik. Melalui itu, emitor transistor IGBT (kolektor transistor VT4) dihubungkan ke basis transistor VT4.
Ini mengarah pada fakta bahwa itu benar-benar tidak terkunci dan penurunan tegangan antara kolektor transistor IGBT dan emitornya menjadi sama dengan penurunan tegangan di persimpangan emitor transistor VT4, dijumlahkan dengan penurunan tegangan Usi melintasi transistor VT1.
Karena fakta bahwa penurunan tegangan pada sambungan p-n berkurang dengan meningkatnya suhu, penurunan tegangan pada transistor IGBT yang tidak terkunci dalam kisaran arus tertentu memiliki koefisien suhu negatif, yang menjadi positif pada arus tinggi. Oleh karena itu, penurunan tegangan pada IGBT tidak jatuh di bawah tegangan ambang dioda (emitor VT4).
Beras. 2. Rangkaian ekuivalen transistor IGBT (a) dan simbolnya dalam literatur asli (b) dan asing (c)
Saat tegangan yang diterapkan pada transistor IGBT meningkat, arus saluran meningkat, yang menentukan arus basis transistor VT4, sedangkan penurunan tegangan pada transistor IGBT menurun.
Ketika transistor VT1 terkunci, arus transistor VT4 menjadi kecil, yang memungkinkan untuk menganggapnya terkunci. Lapisan tambahan diperkenalkan untuk menonaktifkan mode operasi tipikal thyristor ketika terjadi kerusakan longsoran salju. Lapisan penyangga n + dan daerah basis lebar n– memberikan pengurangan penguatan arus dari transistor p — n — p.
Gambaran umum tentang menghidupkan dan mematikan cukup kompleks, karena ada perubahan dalam mobilitas pembawa muatan, koefisien transfer arus dalam transistor p - n - p dan n - p - n yang ada dalam struktur, perubahan resistansi transistor daerah, dll. . Meskipun pada prinsipnya transistor IGBT dapat digunakan untuk beroperasi dalam mode linier, sementara transistor IGBT terutama digunakan dalam mode kunci.
Dalam hal ini, perubahan tegangan sakelar dicirikan oleh kurva yang ditunjukkan pada Gambar.
Beras. 3. Perubahan tegangan jatuh Uke dan arus Ic transistor IGBT
Beras. 4. Diagram ekuivalen transistor tipe IGBT (a) dan karakteristik arus-tegangannya (b)
Penelitian telah menunjukkan bahwa untuk sebagian besar transistor IGBT, waktu hidup dan mati tidak melebihi 0,5 — 1,0 μs. Untuk mengurangi jumlah komponen eksternal tambahan, dioda dimasukkan ke dalam transistor IGBT atau modul yang terdiri dari beberapa komponen diproduksi (Gbr. 5, a — d).
Beras. 5. Simbol modul transistor IGBT: a — MTKID; b—MTKI; c—M2TKI; d—MDTKI
Simbol transistor IGBT meliputi: huruf M — modul bebas potensial (basis diisolasi); 2 — jumlah tombol; huruf TCI — bipolar dengan penutup berinsulasi; DTKI — Transistor Dioda / Bipolar dengan Gerbang Terisolasi; TCID — Transistor Bipolar / Dioda Gerbang Terisolasi; angka: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — arus maksimum; angka: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — tegangan maksimum antara kolektor dan emitor Uke (* 100V). Misalnya, modul MTKID-75-17 memiliki UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3,5 V, PKmax = 625 W.
Doktor ilmu teknik, profesor L.A. Potapov