ИГБТ-ови су главне компоненте савремене енергетске електронике

ИГБТ транзистор (скраћеница за енглески биполарни транзистор са изолираном капијом) или изоловани биполарни транзистор са пролазом (скраћено ИГБТ) је троканални полуводички уређај који комбинује снажни биполарни транзистор и транзистор са ефектом поља који га управља унутар једног кућишта.

ИГБТ транзистори су данас главне компоненте енергетске електронике (моћни претварачи, склопни извори напајања, фреквентни претварачи итд.), Гдје служе као моћни електронски прекидачи који пребацују струје на фреквенцијама измјереним у десетинама и стотинама килохерца. Транзистори овог типа производе се и у облику засебних компоненти, и у облику специјализованих модула напајања (склопова) за управљање трофазним круговима.

Чињеница да ИГБТ транзистор укључује транзисторе две врсте одједном (каскадно) омогућава вам да комбинујете предности две технологије унутар једног полуводичког уређаја.

Биполарни транзистор као транзистор снаге омогућава вам да добијете већи радни напон, док је отпор канала у отвореном стању пропорционалан струји у првом степену, а не квадрату струје као конвенционални транзистори са ефектом поља. А чињеница да је транзистор с ефектом на терену који се користи као контролни транзистор своди потрошњу енергије за управљање кључем на минимум.

Називи електрода карактеришу структуру ИГБТ транзистора: управљачка електрода се назива капија (попут пољског транзистора), а електроде напајачког канала називају се сакупљач и емитер (попут биполарног транзистора).

Мало историје

Историјски су биполарни транзистори коришћени подједнако. са тиристорима као електронски тастери за напајање све до деведесетих. Али недостаци биполарних транзистора су увек били очигледни: велика основна струја, споро гашење и прегревање кристала, снажна температурна зависност главних параметара и ограничен напон засићења колектора и емитра.

Транзистори са пољским ефектима (МОС структуре) који су се појавили касније одмах су променили ситуацију на боље: контрола напона више не захтева тако велике струје, параметри прекидача слабо зависе од температуре, радни напон транзистора није ограничен одоздо, мали отпор напонског канала у отвореном стању проширује опсег радних струја, Прекидачка фреквенција може лако достићи стотине килохерца, осим тога, значајка транзистора са ефектом поља да издржи снажна динамичка оптерећења при високим радним напонима.

Пошто је управљање транзистором са ефектом поља много једноставније и снажније од биполарног, унутра је рестриктивни. диода, - транзистори са ефектом поља одмах су стекли популарност у високофреквентним прекидачима напона, као и у акустичким појачавачима класе Д.

Владимир Дјаконов

Први транзистор ефективног поља снаге развио је Виктор Бацхурин још у Совјетском Савезу 1973. године, након чега је истражен под надзором научника Владимира Дјаконова. Истраживања групе Дјаконов у вези са кључним својствима транзистора са ефектом напајања довели су до развоја 1977. године композитног транзисторског прекидача, унутар којег је биполарни транзистор контролисан пољским ефектом са изолованом капијом.

Научници су показали ефикасност овог приступа, када тренутна својства погонске јединице одређују биполарни транзистор, а контролни параметри одређују поља. Штавише, елиминира се засићеност биполарног транзистора, што значи да се одлагање приликом искључивања смањује. Ово је важна предност било ког тастера за укључивање.

На полуводичком уређају новог типа совјетски научници прибавили су потврду о ауторском праву бр. 757051 „Побистор“. Ово је прва структура која је у једном кућишту садржавала снажни биполарни транзистор, на врху којег је управљао транзистор са ефектом поља са изолованом капијом.

Што се тиче индустријске примене, већ 1983. Интарнатионал Исправљач је патентирао први ИГБТ транзистор. А две године касније, развијен је ИГБТ транзистор са равном структуром и већим радним напоном. Ово је урађено истовремено у лабораторијама две компаније - Генерал Елецтриц и РЦА.

Прве верзије биполарних транзистора са изолираном капијом имали су један главни недостатак - споро пребацивање. Назив ИГБТ усвојен је 90-их, када су створене друга и трећа генерација ИГБТ транзистора. Онда тих недостатака није било.

Различите предности ИГБТ-а

У поређењу са конвенционалним транзисторима са ефектом поља, ИГБТ-ови имају већу улазну импедансу и мању снагу која се троши на контролу врата.

За разлику од биполарних транзистора, постоји нижи заостали напон када је укључен. Губици у отвореном стању, чак и при високим радним напонима и струјама, су прилично мали. У овом случају је проводљивост слична биполарном транзистору, а кључ се контролише напоном.

Распон радног напонског колектора-емитера за већину доступних модела варира од десетина волти до 1200 или више волти, док струје могу достићи и до 1000 или више ампера. Постоје склопови за стотине и хиљаде волти напона и струје стотина ампера.

Сматра се да су транзистори са пољским ефектима погоднији за радне напоне до 500 волти, а ИГБТ транзистори погодни за напоне веће од 500 волти и струје веће од 10 ампера, јер је нижи отпор канала у отвореном стању изузетно важан код нижих напона.

ИГБТ транзистори

Главна примена ИГБТ транзистора налази се у претварачима, преклопним претварачима напона и претварачима фреквенције (на пример, полу-мост модул СКМ 300ГБ063Д, 400А, 600В) - где постоји високи напон и значајна снага.

Инвертери за заваривање - посебно важно подручје примене ИГБТ транзистора: велика струја, снага већа од 5 кВ и фреквенције до 50 кХз (ИРГ4ПЦ50УД - класика жанра, 27А, 600В, до 40 кХз).

ИГБТ се не може изоставити у градском електричном превозу: са тиристорима вучни мотори показују нижу ефикасност него код ИГБТ, штовише, ИГБТ постиже глатку вожњу и добру комбинацију са регенеративним кочним системима чак и при великим брзинама.

Нема ништа боље од ИГБТ-а када требате да прелазите на високи напон (више од 1000 В) или да управљате погоном променљиве фреквенције (фреквенције до 20 кХз).

У неким склоповима су ИГБТ и МОСФЕТ транзистори потпуно заменљиви, будући да је њихов пиноут сличан, а принципи управљања идентични. Капије у овом и у другом случају представљају капацитет до нанофарадних јединица, са поновним пуњењем на којем се возач инсталиран на било којем таквом кругу може лако руковати и омогућава адекватну контролу.

Погледајте такође:Повер МОСФЕТ и ИГБТ транзистори, разлике и карактеристике њихове примене