IGBT tranzistor: vlastnosti, princip činnosti

IGBT tranzistor je bipolární elektronická součástka s izolovanou hradlem. V ruské verzi se používá zkratka BTIZ. Konstrukčně je elektronická polovodičová součástka výkonnou vysokonapěťovou kaskádou založenou na hybridizaci tranzistorů s efektem pole a bipolárních tranzistorů.

Princip činnosti IGBT tranzistoru je založen na řízení bipolárního tranzistoru s efektem pole. Pracovní proces IGBT lze považovat za 2 fáze. První spočívá v otevření tranzistoru s efektem pole, když je mezi hradlem a zdrojem přiveden kladný potenciál. Otevřením n-kanálu se náboje přesunou z oblasti n do oblasti p. V důsledku toho se bipolární složka otevře a proud teče z emitoru do kolektoru. Toto je druhá fáze.

Pro přehlednost je znázorněno schéma zapojení IGBT tranzistoru:

Polovodičový spínač IGBT kombinuje nejoptimálnější vlastnosti 2 komponent. A pokud je u jednoho tranzistoru s efektem pole odpor otevřeného kanálu roven druhé mocnině proudu, pak je u IGBT tento ukazatel přímo úměrný proudu. Zároveň vstupní vlastnosti tranzistoru s efektem pole minimalizují náklady na řízení.

Vývoj

První takové zařízení bylo navrženo koncem 70. let XNUMX. století. Předtím se používaly bipolární tranzistory spolu s tyristory, které měly mnoho nedostatků. Pro otevření kanálu musel být do báze přiveden velký proud. Navíc po vypnutí proud na kolektoru neklesl okamžitě. V důsledku toho vznikal odpor obvodu a součástka se výrazně zahřívala, což často vyžadovalo nucené chlazení. Navíc saturační napětí obvodu kolektor-emitor omezovalo minimální provozní U.

Zavedením polních komponent byly nedostatky odstraněny. Řízení se nyní neprovádělo proudem, ale napětím. Navíc zvýšené teploty až do 100 °C ovlivňovaly parametry nevýznamně. Použití minimálního provozního U při konstrukci vícečlánkových IGBT tranzistorů nemělo prakticky žádná omezení. Důležité je zmínit schopnost pracovat v širokém rozsahu proudů, intenzivní spínací frekvenci a nízký odpor kanálu.

První průmyslový IGBT byl patentován na začátku 1. let minulého století a po nějaké době se zrodil IGBT s plochou strukturou namísto V-kanálu. Nové zařízení mělo vyšší provozní U. Zpočátku se IGBT příliš nepoužívaly, protože se vyznačovaly pomalým spínáním a nízkou spolehlivostí. Následná vylepšení až v 80. letech minulého století umožnila vytvořit IGBT 90. generace, schopné víceméně stabilního provozu v silových obvodech. V současné době se používají IGBT 2. generace, které se vyznačují vynikajícími ukazateli kvality.

• Vysoká vstupní impedance spolu s nízkou spotřebou řídicího výkonu.
• Nízké zbytkové U v provozním stavu.
• Ztráty v zapnutém stavu jsou zanedbatelné, a to i při vysokém U a vysokém I.
• Spínání a vodivost odpovídají parametrům bipolární složky.
• Management U.

Nové IGBT tranzistory jsou dimenzovány na proud až 1200 A a napětí až 10 kV.

Doporučení! Navzdory širokému rozsahu provozního napětí a proudu se IGBT tranzistory doporučují pro použití v elektrárnách s U nad 500 V a I od 10 A. Při nižších provozních parametrech se odpor budicích složek snižuje. V tomto případě postačí použít jednoduchou MOS strukturu.

přihláška

Technologie IGBT se používají v invertorových systémech, v pulzních regulátorech proudu a pro řízení často regulovaných pohonů. Používají se také moduly se 2 instalovanými tranzistory, které tvoří poloviční můstek. Frekvenční měnič IGBT se používá k regulaci otáček třífázového asynchronního motoru. Poskytuje vysokou účinnost a plynulý chod s možností rekuperačního brzdění při libovolných otáčkách, na rozdíl od použití tyristorových zařízení pro tyto účely.