IGBTs adalah komponen utama elektronik kuasa moden

Transistor IGBT (pendek untuk transistor bipolar pintu bertebat bahasa Inggeris) atau transistor bipolar pintu terkurung (disingkat IGBT) adalah peranti semikonduktor tiga terminal yang menggabungkan transistor bipolar kuasa dan transistor kesan medan yang mengawalnya di dalam satu perumahan.

Transistor IGBT hari ini adalah komponen elektronik kuasa utama (penyongsang yang kuat, bekalan kuasa bertukar, penukar frekuensi, dan sebagainya), di mana mereka berfungsi sebagai suis elektronik yang kuat yang menukar arus pada frekuensi yang diukur dalam puluhan dan beratus-ratus kilohertz. Transistor jenis ini dihasilkan dalam bentuk komponen berasingan dan dalam bentuk modul kuasa khusus (perhimpunan) untuk mengawal litar tiga fasa.

Hakikat bahawa transistor IGBT termasuk transistor dua jenis sekaligus (cascaded) membolehkan anda menggabungkan kelebihan dua teknologi dalam satu peranti semikonduktor.

Transistor bipolar sebagai transistor kuasa membolehkan anda untuk mendapatkan voltan operasi yang lebih besar, manakala rintangan saluran dalam keadaan terbuka adalah berkadar dengan arus dalam ijazah pertama, dan bukan kepada arus arus sebagai transistor kesan medan konvensional. Dan fakta bahawa ia adalah transistor kesan medan yang digunakan sebagai transistor kawalan mengurangkan penggunaan kuasa untuk kawalan utama.

Nama-nama elektrod mencirikan struktur transistor IGBT: elektrod kawalan dipanggil gerbang (seperti transistor kesan medan), dan elektrod saluran kuasa dipanggil pengumpul dan pemancar (seperti transistor bipolar).

Sedikit sejarah

Dari segi sejarah, transistor bipolar telah digunakan pada kedudukan yang sama. dengan thyristors sebagai kunci elektronik sehingga tahun 90an. Tetapi keburukan transistor bipolar selalu jelas: arus pangkalan yang besar, penutupan perlahan dan terlalu panas kristal, pergantungan suhu yang kuat parameter utama, dan voltan tepu pemancar pengilang terhad.

Transistor kesan medan (struktur MOS) yang muncul kemudiannya segera mengubah keadaan menjadi lebih baik: kawalan voltan tidak lagi memerlukan arus besar, parameter suis bergantung kepada suhu, voltan operasi transistor tidak terhad dari bawah, rintangan rendah saluran kuasa dalam keadaan terbuka memanjangkan arus operasi, kekerapan pensuisan dapat mencapai ratusan kilohertz, di samping itu, keupayaan transistor kesan medan untuk menahan beban dinamik yang kuat pada tegangan operasi yang tinggi patut diperhatikan.

Oleh kerana kawalan transistor kesan lapangan dilaksanakan dengan lebih mudah dan ternyata dari segi kuasa lebih mudah daripada yang bipolar, dan selain itu, terdapat satu pembatasan di dalam diod, - Transistor kesan medan dengan serta-merta mendapat populariti dalam penukar voltan beralih frekuensi tinggi, dan juga dalam penguat akustik Kelas D.

Vladimir Dyakonov

Transistor kesan medan kuasa pertama telah dibangunkan oleh Viktor Bachurin kembali ke Kesatuan Soviet pada tahun 1973, dan kemudian diselidiki di bawah pengawasan saintis Vladimir Dyakonov. Penyiasatan kumpulan Dyakonov mengenai sifat-sifat utama transistor kesan medan kuasa menyebabkan pembangunan pada tahun 1977 daripada suis transistor komposit, di mana transistor bipolar dikawal oleh pintu terlindung kesan-kesan.

Para saintis telah menunjukkan keberkesanan pendekatan ini, apabila sifat-sifat semasa bahagian kuasa ditentukan oleh transistor bipolar, dan parameter kawalan ditentukan oleh medan. Selain itu, tepu transistor bipolar dihapuskan, yang bermaksud bahawa kelewatan apabila dimatikan dikurangkan. Ini adalah kelebihan penting dari sebarang kekunci kuasa.

Pada peranti semikonduktor jenis baru, saintis Soviet memperoleh sijil hak cipta No. 757051 "Pobistor". Ini adalah struktur pertama yang mengandungi transistor bipolar yang kuat dalam satu perumahan, di mana terdapat transistor kesan medan kawalan dengan pintu bertebat.

Bagi pelaksanaan perindustrian, sudah pada 1983 Rectifier Intarnational dipatenkan transistor IGBT yang pertama. Dan dua tahun kemudian, sebuah transistor IGBT dengan struktur rata dan voltan operasi yang lebih tinggi telah dibangunkan. Ini dilakukan serentak di makmal dua syarikat - General Electric dan RCA.

Versi pertama transistor bipolar bertebat terlindung mempunyai satu kelemahan utama - peralihan yang perlahan. Nama IGBT diguna pakai pada tahun 90an, apabila generasi kedua dan ketiga transistor IGBT telah dicipta. Kemudian kekurangan ini telah hilang.

Faedah Istimewa IGBTs

Berbanding dengan transistor kesan medan konvensional, IGBTs mempunyai impedans masukan yang lebih tinggi dan kuasa yang lebih rendah yang dibelanjakan untuk kawalan pintu.

Tidak seperti transistor bipolar, terdapat voltan sisa yang lebih rendah apabila dihidupkan. Kerugian di negeri terbuka, walaupun pada voltan dan arus operasi yang tinggi, agak kecil. Dalam kes ini, kekonduksian adalah seperti transistor bipolar, dan kekunci dikawal oleh voltan.

Pelbagai pengangkut voltan pengangkut operasi untuk model yang paling banyak digunakan berbeza dari puluhan volt hingga 1200 atau lebih volt, sementara arus boleh mencapai sehingga 1000 atau lebih amperes. Terdapat perhimpunan untuk beratus-ratus dan beribu-ribu volt dalam voltan dan arus beratus-ratus amperes.

Adalah dipercayai bahawa transistor kesan medan lebih sesuai untuk operasi voltan sehingga 500 volt, dan transistor IGBT sesuai untuk tegasan lebih besar daripada 500 volt dan arus lebih besar daripada 10 amperes, kerana rintangan saluran yang lebih rendah dalam keadaan terbuka sangat penting pada tegangan yang lebih rendah.

Transistor IGBT

Aplikasi utama transistor IGBT didapati dalam penyongsang, menukar penukar voltan dan penukar kekerapan (contohnya modul setengah jambatan SKM 300GB063D, 400A, 600V) - di mana terdapat voltan tinggi dan kuasa yang signifikan.

Inverter kimpalan - satu kawasan penting yang penting bagi pemancar IGBT: arus tinggi, kuasa lebih daripada 5 kW dan frekuensi sehingga 50 kHz (IRG4PC50UD - genre klasik, 27A, 600V, sehingga 40 kHz).

Anda tidak boleh melakukan tanpa IGBT pada pengangkutan elektrik bandar: dengan thyristors, motor daya tarikan menunjukkan kecekapan yang lebih rendah daripada dengan IGBT, lebih-lebih lagi, IGBT mencapai perjalanan yang lebih lancar dan gabungan yang baik dengan sistem brek regeneratif walaupun pada kelajuan tinggi.

Tidak ada yang lebih baik daripada IGBT apabila anda perlu beralih pada voltan tinggi (lebih daripada 1000 V) atau mengawal pemacu frekuensi pembolehubah (kekerapan sehingga 20 kHz).

Pada sesetengah litar, transistor IGBT dan MOSFET sepenuhnya boleh ditukar ganti, kerana pendawaiannya serupa, dan prinsip kawalannya sama. Pintu-pintu di dalam ini dan dalam kes lain mewakili kapasiti sehingga nanofarads, dengan cas semula caj di mana pemandu yang dipasang di mana-mana litar tersebut boleh dengan mudah mengendalikan dan menyediakan kawalan yang mencukupi.

Lihat juga:Kuasa MOSFET dan transistor IGBT, perbezaan dan ciri aplikasi mereka