Бесплатная техническая библиотека

Силовые полупроводниковые приборы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ или IGBT). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Справочник электрика

 Комментарии к статье

Биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ) (английская аббревиатура IGBT- Isolated Gate Bipolar Transistor) называются полупроводниковые приборы, у которых на входе находится полевой транзистору а на выходе - биполярный.

Одно из таких сочетаний показано на рис. 7.4. Прибор введен в силовую цепь выводами биполярного транзистора Е (эмиттер) и С (коллектор), а в цепь управления - выводом G (затвор).

Таким образом, БТИЗ имеет три внешних вывода: эмиттер, коллектор, затвор. Соединения эмиттера и стока (D), базы и истока (S) являются внутренними. Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включенном состоянии.

Рис. 7.4. Один из вариантов токовой нагрузкой и малым сопротивлением во структуры БТИЗ включенном состоянии.

Структура БТИЗ

Схематичный разрез структуры БТИЗ показан на рис. 7.5. Биполярный транзистор (рис. 7.5, а) образован слоями p+ (эмиттер), n (база), p (коллектор); полевой - слоями n (исток), n+ (сток) и металлической пластиной (затвор). Слои p+ и p имеют внешние выводы, включаемые в силовую цепь. Затвор имеет вывод, включаемый в цепь управления.

На рис. 7.5, б изображена структура IGBT IV поколения, выполненного по технологии "утопленного" канала (trench-gate technology), позволяющей исключить сопротивление между p-базами и уменьшить размеры прибора в несколько раз.

Рис. 7.5. Структуры БТИЗ: а - структура стандартного транзистора; б- структура транзистора, созданного по технологии trench gate

Принцип действия и особенности

Процесс включения IGBT можно разделить на два этапа:

• этап 1 - после подачи положительного напряжения между затвором и истоком происходит открытие полевого транзистора (формируется n-канал между истоком и стоком);
• этап 2 - движение зарядов из области n в область p приводит к открытию биполярного транзистора и возникновению тока от эмиттера к коллектору.

Таким образом, полевой транзистор управляет работой биполярного. Для IGBT с номинальным напряжением в диапазоне 600-1200 В в полностью включенном состоянии прямое падение напряжения, так же как и для биполярных транзисторов, находится в диапазоне 1,5-3,5 В.

Это значительно меньше, чем характерное падение напряжения на силовых MOSFET в проводящем состоянии с такими же номинальными напряжениями.

С другой стороны, MOSFET с номинальными напряжениями 200 В и меньше имеют более низкое значение напряжения во включенном состоянии, чем IGBT, и остаются непревзойденными в этом отношении в области низких рабочих напряжений и коммутируемых токов до 50 А.

По быстродействию IGBT уступают MOSFET, но значительно превосходят биполярные. Типичные значения времени рассасывания накопленного заряда и спадания тока при выключении IGBT находятся в диапазонах 0,2-0,4 и 0,2-1,5 мкс, соответственно.

Область безопасной работы IGBT позволяет успешно обеспечить его надежную работу без применения дополнительных цепей формирования траектории переключения при частотах от 10 до 20 кГц для модулей с номинальными токами в несколько сотен ампер. Такими качествами не обладают биполярные транзисторы, соединенные по схеме Дарлингтона.

Так же как и дискретные, MOSFET вытеснили биполярные в ключевых источниках питания с напряжением до 500 В, так и дискретные IGBT делают то же самое в источниках с более высокими напряжениями (до 3500 В).

Модули БТИЗ

БТИЗ-модуль по внутренней электрической схеме может представлять собой:

• единичный БТИЗ;
• двойной модуль (half-bridge), где два БТИЗ соединены последовательно (полумост);
• прерыватель (chopper), в котором единичный БТИЗ последовательно соединен с диодом;
• однофазный или трехфазный мост.

Рис. 7.6. Схемы БТИЗ модулей: a - единичный БТИЗ; б - двойной модуль; в - коллекторный прерыватель (чоппер); г - эмиттерный прерыватель (чоппер)

Во всех случаях, кроме прерывателя, модуль содержит параллельно каждому IGBT встроенный обратный диод. Наиболее распространенные схемы соединений IGBT-модулей приведены на рис. 7.6.

Основные отличия между отдельными элементами и модулями

Основное различие между дискретными приборами и сильноточными модулями заключается в способе электрической связи их с другими элементами схемы. Дискретные компоненты соединяются с элементами схемы на печатной плате посредством пайки.

Максимальное значение токов в контактных соединениях печатной платы обычно не превышает 100 А в установившихся режимах работы. Это накладывает естественные ограничения на число параллельно соединяемых компонентов. С другой стороны, сильноточные модули имеют выводы под винтовые зажимы. Поэтому они могут соединяться с кабельными наконечниками или непосредственно с токопроводящими шинами. Сильноточные модули также могут напрямую соединятся с печатной платой через сквозные отверстия.

Модули выполняются в трех вариантах:

• по одноключевой схеме (серия МДТКИ);
• по двухключевой схеме (М2ТКИ);
• по схеме прерывателя тока, чоппера (серия МТКИД).

Транзисторы шунтируются диодами обратного тока, в качестве которых используются супербыстровосстанавливающиеся диоды с "мягким" восстановлением (FRD диоды).

Автор: Корякин-Черняк С.Л.

Смотрите другие статьи раздела Справочник электрика.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Углеродный 3D-каркас улучшит аноды литий-ионных батарей 29.07.2021 Поставив перед собой цель ликвидировать недостатки современных анодов литий-ионных батарей, группа инженеров Корейского морского и океанского университета и Пусанского национального университета в статья для Chemical Engineering Journal сообщила о разработанном ими анодном материале с уникальными структурными характеристиками, позволяющими преодолеть многие из существующих барьеров на пути увеличения анодной эффективности. В своей работе корейские ученые сконцентрировались на селениде марганца (MnSe), широкодоступном соединении переходного металла, известном своей высокой электропроводностью и используемом при разработке полупроводников и суперконденсаторов. Однако MnSe испытывает резкое (почти на 160%) изменение объема во время зарядки-разрядки, что не только снижает производительность электрода, но и создает проблемы безопасности. Исследователи разработали простой и недорогой способ компенсации этого изменения объема: они равномерно внедрили наночастицы MnSe в трехмерную пористую матрицу углеродных нанолистов (3DCNM). Этот углеродный каркас не только защитил закрепленные наночастицы MnSe от резкого объемного расширения, но и наделил их многочисленными дополнительными преимуществами, такими как большое количество активных центров и увеличенная площадь контакта с электролитом. Наилучший из синтезированных авторами вариантов такого материала, показавший в тестах самые высокие циклическую стабильность и скорость зарядки/разрядки, продолжал демонстрировать превосходные электрохимические свойства (включая кинетику транспорта литиевых ионов и электронов) при работе в составе прототипа аккумулятора с катодом из оксида лития/марганца. Команда воодушевлена потенциальными перспективами своего достижения: "Используя основу из проводящего наполнителя, мы разработали анод, который повышает производительность батареи, одновременно обеспечивая обратимое накопление энергии. Эта стратегия может быть применена для получения других селенидов переходных металлов с большой площадью поверхности и стабильной наноструктурой, с приложениями в системах хранения энергии, в электрокатализе и полупроводниках".

Другие интересные новости:

▪ Леса будущего

▪ Медицинская маска, в которой можно есть

▪ Мраморную говядину напечатали на 3D-принтере

▪ Компьютерное зрение для электросамоката

▪ Открыт принципиально новый способ охлаждения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цифровая техника. Подборка статей

▪ статья Генри Миллер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Каково нормальное состояние стекла? Подробный ответ

▪ статья Щавель обыкновенный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Из опыта постройки TRX RA3AO. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сетевой амперметр к ЛАТРу. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026