IGBT ทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์สองขั้วที่มีเกทแยกเป็นอุปกรณ์แอคทีฟชนิดใหม่ที่ปรากฏค่อนข้างเร็ว ลักษณะอินพุตคล้ายกับลักษณะอินพุตของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม และลักษณะเอาต์พุตคล้ายกับลักษณะเอาต์พุตของไบโพลาร์
ในวรรณคดีเรียกอุปกรณ์นี้ว่า IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)... ในแง่ของความเร็วนั้นเหนือกว่าอย่างมาก ทรานซิสเตอร์สองขั้ว... ส่วนใหญ่มักใช้ทรานซิสเตอร์ IGBT เป็นสวิตช์เปิดปิดโดยที่เวลาเปิดเครื่องคือ 0.2 — 0.4 μs และเวลาปิดเครื่องคือ 0.2 — 1.5 μs แรงดันไฟฟ้าที่สวิตช์ถึง 3.5 kV และกระแสคือ 1200 A .
ทรานซิสเตอร์ IGBT-T แทนที่ไทริสเตอร์จากวงจรแปลงไฟฟ้าแรงสูง และทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์จ่ายไฟทุติยภูมิแบบพัลซิ่งที่มีคุณสมบัติที่ดีกว่าในเชิงคุณภาพ ทรานซิสเตอร์ IGBT-T ใช้กันอย่างแพร่หลายในอินเวอร์เตอร์สำหรับควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า ในระบบกำลังไฟฟ้าต่อเนื่องกำลังสูงที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 1 kV และกระแสหลายร้อยแอมแปร์ในระดับหนึ่งนี่เป็นเพราะในสถานะเปิดที่กระแสหลายร้อยแอมแปร์แรงดันตกคร่อมทรานซิสเตอร์อยู่ในช่วง 1.5 - 3.5V
ดังที่เห็นได้จากโครงสร้างของทรานซิสเตอร์ IGBT (รูปที่ 1) เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งทรานซิสเตอร์ pn-p ถูกควบคุมโดยทรานซิสเตอร์ MOS n-channel
ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ IGBT (รูปที่ 2, a) เป็นตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ VT4 เมื่อใช้แรงดันบวกที่เกต ทรานซิสเตอร์ VT1 จะมีช่องนำไฟฟ้า ตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ IGBT (ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ VT4) เชื่อมต่อกับฐานของทรานซิสเตอร์ VT4
สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่ามันถูกปลดล็อคอย่างสมบูรณ์และแรงดันตกคร่อมระหว่างตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ IGBT และอิมิตเตอร์จะเท่ากับแรงดันตกที่จุดแยกอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ VT4 ซึ่งรวมกับแรงดันตก Usi ทั่วทรานซิสเตอร์ VT1
เนื่องจากแรงดันตกที่จุดเชื่อมต่อ p — n จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น แรงดันตกในทรานซิสเตอร์ IGBT ที่ปลดล็อคในช่วงปัจจุบันมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบซึ่งจะกลายเป็นค่าบวกที่กระแสสูง ดังนั้นแรงดันตกคร่อม IGBT จึงไม่ตกต่ำกว่าแรงดันเกณฑ์ของไดโอด (อิมิตเตอร์ VT4)
ข้าว. 2. วงจรสมมูลของทรานซิสเตอร์ IGBT (a) และสัญลักษณ์ของมันในวรรณกรรมพื้นเมือง (b) และต่างประเทศ (c)
เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับทรานซิสเตอร์ IGBT เพิ่มขึ้น กระแสแชนเนลจะเพิ่มขึ้น ซึ่งกำหนดกระแสพื้นฐานของทรานซิสเตอร์ VT4 ในขณะที่แรงดันตกคร่อมทรานซิสเตอร์ IGBT จะลดลง
เมื่อทรานซิสเตอร์ VT1 ถูกล็อค กระแสของทรานซิสเตอร์ VT4 จะมีค่าน้อย ซึ่งทำให้พิจารณาได้ว่าถูกล็อค เลเยอร์เพิ่มเติมถูกนำมาใช้เพื่อปิดใช้งานโหมดการทำงานทั่วไปของไทริสเตอร์เมื่อเกิดการพังทลายของหิมะถล่ม ชั้นบัฟเฟอร์ n + และบริเวณฐานกว้าง n– ช่วยลดอัตราขยายปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ p — n — p
ภาพทั่วไปของการเปิดและปิดค่อนข้างซับซ้อน เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสในทรานซิสเตอร์ p — n — p และ n — p — n อยู่ในโครงสร้าง การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของ ภูมิภาค ฯลฯ . แม้ว่าโดยหลักการแล้ว ทรานซิสเตอร์ IGBT สามารถใช้ทำงานในโหมดเชิงเส้นได้ ในขณะที่ส่วนใหญ่จะใช้ในโหมดคีย์
ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันสวิตช์มีลักษณะเฉพาะโดยเส้นโค้งที่แสดงในรูปที่
ข้าว. 3. การเปลี่ยนแปลงของแรงดันตก Uke และ Ic ปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ IGBT
ข้าว. 4. ไดอะแกรมสมมูลของทรานซิสเตอร์ชนิด IGBT (a) และคุณลักษณะของกระแส-แรงดัน (b)
จากการศึกษาพบว่าสำหรับทรานซิสเตอร์ IGBT ส่วนใหญ่ เวลาเปิดและปิดไม่เกิน 0.5 — 1.0 μs เพื่อลดจำนวนส่วนประกอบภายนอกเพิ่มเติม ไดโอดจะถูกนำมาใช้ในทรานซิสเตอร์ IGBT หรือโมดูลที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายตัว (รูปที่ 5, a — d)
ข้าว. 5. สัญลักษณ์ของโมดูลของทรานซิสเตอร์ IGBT: a — MTKID; ข — MTKI; ค — M2TKI; d — MDTKI
สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ IGBT ประกอบด้วย: ตัวอักษร M — โมดูลไร้ศักย์ไฟฟ้า (ฐานแยกได้); 2 — จำนวนปุ่ม; ตัวอักษร TCI — ไบโพลาร์พร้อมปลอกหุ้มฉนวน; DTKI — ทรานซิสเตอร์ไดโอด / ไบโพลาร์พร้อมเกตแยก TCID — ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ / ไดโอดเกทแยก; ตัวเลข: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — กระแสสูงสุด; ตัวเลข: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — แรงดันไฟฟ้าสูงสุดระหว่างตัวสะสมและตัวอิมิตเตอร์ Uke (* 100V) ตัวอย่างเช่น โมดูล MTKID-75-17 มี UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3.5 V, PKmax = 625 W
วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต ศาสตราจารย์ L.A. Potapov