Ñèëîâûå ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû. Áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (ÁÒÈÇ èëè IGBT)

Áåñïëàòíàÿ òåõíè÷åñêàÿ áèáëèîòåêà

Ýíöèêëîïåäèÿ ðàäèîýëåêòðîíèêè è ýëåêòðîòåõíèêè / Ñïðàâî÷íèê ýëåêòðèêà

Êîììåíòàðèè ê ñòàòüå Êîììåíòàðèè ê ñòàòüå

Áèïîëÿðíûìè òðàíçèñòîðàìè ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (ÁÒÈÇ) (àíãëèéñêàÿ àááðåâèàòóðà IGBT- Isolated Gate Bipolar Transistor) íàçûâàþòñÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû, ó êîòîðûõ íà âõîäå íàõîäèòñÿ ïîëåâîé òðàíçèñòîðó à íà âûõîäå - áèïîëÿðíûé.

Îäíî èç òàêèõ ñî÷åòàíèé ïîêàçàíî íà ðèñ. 7.4. Ïðèáîð ââåäåí â ñèëîâóþ öåïü âûâîäàìè áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà Å (ýìèòòåð) è Ñ (êîëëåêòîð), à â öåïü óïðàâëåíèÿ - âûâîäîì G (çàòâîð).

Òàêèì îáðàçîì, ÁÒÈÇ èìååò òðè âíåøíèõ âûâîäà: ýìèòòåð, êîëëåêòîð, çàòâîð. Ñîåäèíåíèÿ ýìèòòåðà è ñòîêà (D), áàçû è èñòîêà (S) ÿâëÿþòñÿ âíóòðåííèìè. Ñî÷åòàíèå äâóõ ïðèáîðîâ â îäíîé ñòðóêòóðå ïîçâîëèëî îáúåäèíèòü äîñòîèíñòâà ïîëåâûõ è áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ: âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ñ âûñîêîé òîêîâîé íàãðóçêîé è ìàëûì ñîïðîòèâëåíèåì âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè.

Áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (ÁÒÈÇ èëè IGBT)
Ðèñ. 7.4. Îäèí èç âàðèàíòîâ òîêîâîé íàãðóçêîé è ìàëûì ñîïðîòèâëåíèåì âî ñòðóêòóðû ÁÒÈÇ âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè.

Ñòðóêòóðà ÁÒÈÇ

Ñõåìàòè÷íûé ðàçðåç ñòðóêòóðû ÁÒÈÇ ïîêàçàí íà ðèñ. 7.5. Áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð (ðèñ. 7.5, à) îáðàçîâàí ñëîÿìè p+ (ýìèòòåð), n (áàçà), p (êîëëåêòîð); ïîëåâîé - ñëîÿìè n (èñòîê), n+ (ñòîê) è ìåòàëëè÷åñêîé ïëàñòèíîé (çàòâîð). Ñëîè p+ è p èìåþò âíåøíèå âûâîäû, âêëþ÷àåìûå â ñèëîâóþ öåïü. Çàòâîð èìååò âûâîä, âêëþ÷àåìûé â öåïü óïðàâëåíèÿ.

Íà ðèñ. 7.5, á èçîáðàæåíà ñòðóêòóðà IGBT IV ïîêîëåíèÿ, âûïîëíåííîãî ïî òåõíîëîãèè "óòîïëåííîãî" êàíàëà (trench-gate technology), ïîçâîëÿþùåé èñêëþ÷èòü ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó p-áàçàìè è óìåíüøèòü ðàçìåðû ïðèáîðà â íåñêîëüêî ðàç.

Áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (ÁÒÈÇ èëè IGBT)
Ðèñ. 7.5. Ñòðóêòóðû ÁÒÈÇ: à - ñòðóêòóðà ñòàíäàðòíîãî òðàíçèñòîðà; á- ñòðóêòóðà òðàíçèñòîðà, ñîçäàííîãî ïî òåõíîëîãèè trench gate

Ïðèíöèï äåéñòâèÿ è îñîáåííîñòè

Ïðîöåññ âêëþ÷åíèÿ IGBT ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâà ýòàïà:
  • ýòàï 1 - ïîñëå ïîäà÷è ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ìåæäó çàòâîðîì è èñòîêîì ïðîèñõîäèò îòêðûòèå ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà (ôîðìèðóåòñÿ n-êàíàë ìåæäó èñòîêîì è ñòîêîì);
  • ýòàï 2 - äâèæåíèå çàðÿäîâ èç îáëàñòè n â îáëàñòü p ïðèâîäèò ê îòêðûòèþ áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà è âîçíèêíîâåíèþ òîêà îò ýìèòòåðà ê êîëëåêòîðó.
Òàêèì îáðàçîì, ïîëåâîé òðàíçèñòîð óïðàâëÿåò ðàáîòîé áèïîëÿðíîãî. Äëÿ IGBT ñ íîìèíàëüíûì íàïðÿæåíèåì â äèàïàçîíå 600-1200  â ïîëíîñòüþ âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ, òàê æå êàê è äëÿ áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ, íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå 1,5-3,5 Â.

Ýòî çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì õàðàêòåðíîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ñèëîâûõ MOSFET â ïðîâîäÿùåì ñîñòîÿíèè ñ òàêèìè æå íîìèíàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè.

Ñ äðóãîé ñòîðîíû, MOSFET ñ íîìèíàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè 200  è ìåíüøå èìåþò áîëåå íèçêîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè, ÷åì IGBT, è îñòàþòñÿ íåïðåâçîéäåííûìè â ýòîì îòíîøåíèè â îáëàñòè íèçêèõ ðàáî÷èõ íàïðÿæåíèé è êîììóòèðóåìûõ òîêîâ äî 50 À.

Ïî áûñòðîäåéñòâèþ IGBT óñòóïàþò MOSFET, íî çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäÿò áèïîëÿðíûå. Òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ âðåìåíè ðàññàñûâàíèÿ íàêîïëåííîãî çàðÿäà è ñïàäàíèÿ òîêà ïðè âûêëþ÷åíèè IGBT íàõîäÿòñÿ â äèàïàçîíàõ 0,2-0,4 è 0,2-1,5 ìêñ, ñîîòâåòñòâåííî.

Îáëàñòü áåçîïàñíîé ðàáîòû IGBT ïîçâîëÿåò óñïåøíî îáåñïå÷èòü åãî íàäåæíóþ ðàáîòó áåç ïðèìåíåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ öåïåé ôîðìèðîâàíèÿ òðàåêòîðèè ïåðåêëþ÷åíèÿ ïðè ÷àñòîòàõ îò 10 äî 20 êÃö äëÿ ìîäóëåé ñ íîìèíàëüíûìè òîêàìè â íåñêîëüêî ñîòåí àìïåð. Òàêèìè êà÷åñòâàìè íå îáëàäàþò áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû, ñîåäèíåííûå ïî ñõåìå Äàðëèíãòîíà.

Òàê æå êàê è äèñêðåòíûå, MOSFET âûòåñíèëè áèïîëÿðíûå â êëþ÷åâûõ èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ ñ íàïðÿæåíèåì äî 500 Â, òàê è äèñêðåòíûå IGBT äåëàþò òî æå ñàìîå â èñòî÷íèêàõ ñ áîëåå âûñîêèìè íàïðÿæåíèÿìè (äî 3500 Â).

Ìîäóëè ÁÒÈÇ

ÁÒÈÇ-ìîäóëü ïî âíóòðåííåé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìå ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé:
  • åäèíè÷íûé ÁÒÈÇ;
  • äâîéíîé ìîäóëü (half-bridge), ãäå äâà ÁÒÈÇ ñîåäèíåíû ïîñëåäîâàòåëüíî (ïîëóìîñò);
  • ïðåðûâàòåëü (chopper), â êîòîðîì åäèíè÷íûé ÁÒÈÇ ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåí ñ äèîäîì;
  • îäíîôàçíûé èëè òðåõôàçíûé ìîñò.
Áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (ÁÒÈÇ èëè IGBT)
Ðèñ. 7.6. Ñõåìû ÁÒÈÇ ìîäóëåé: a - åäèíè÷íûé ÁÒÈÇ; á - äâîéíîé ìîäóëü; â - êîëëåêòîðíûé ïðåðûâàòåëü (÷îïïåð); ã - ýìèòòåðíûé ïðåðûâàòåëü (÷îïïåð)

Âî âñåõ ñëó÷àÿõ, êðîìå ïðåðûâàòåëÿ, ìîäóëü ñîäåðæèò ïàðàëëåëüíî êàæäîìó IGBT âñòðîåííûé îáðàòíûé äèîä. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûå ñõåìû ñîåäèíåíèé IGBT-ìîäóëåé ïðèâåäåíû íà ðèñ. 7.6.

Îñíîâíûå îòëè÷èÿ ìåæäó îòäåëüíûìè ýëåìåíòàìè è ìîäóëÿìè

Îñíîâíîå ðàçëè÷èå ìåæäó äèñêðåòíûìè ïðèáîðàìè è ñèëüíîòî÷íûìè ìîäóëÿìè çàêëþ÷àåòñÿ â ñïîñîáå ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè èõ ñ äðóãèìè ýëåìåíòàìè ñõåìû. Äèñêðåòíûå êîìïîíåíòû ñîåäèíÿþòñÿ ñ ýëåìåíòàìè ñõåìû íà ïå÷àòíîé ïëàòå ïîñðåäñòâîì ïàéêè.

Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå òîêîâ â êîíòàêòíûõ ñîåäèíåíèÿõ ïå÷àòíîé ïëàòû îáû÷íî íå ïðåâûøàåò 100 À â óñòàíîâèâøèõñÿ ðåæèìàõ ðàáîòû. Ýòî íàêëàäûâàåò åñòåñòâåííûå îãðàíè÷åíèÿ íà ÷èñëî ïàðàëëåëüíî ñîåäèíÿåìûõ êîìïîíåíòîâ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñèëüíîòî÷íûå ìîäóëè èìåþò âûâîäû ïîä âèíòîâûå çàæèìû. Ïîýòîìó îíè ìîãóò ñîåäèíÿòüñÿ ñ êàáåëüíûìè íàêîíå÷íèêàìè èëè íåïîñðåäñòâåííî ñ òîêîïðîâîäÿùèìè øèíàìè. Ñèëüíîòî÷íûå ìîäóëè òàêæå ìîãóò íàïðÿìóþ ñîåäèíÿòñÿ ñ ïå÷àòíîé ïëàòîé ÷åðåç ñêâîçíûå îòâåðñòèÿ.

Ìîäóëè âûïîëíÿþòñÿ â òðåõ âàðèàíòàõ:
  • ïî îäíîêëþ÷åâîé ñõåìå (ñåðèÿ ÌÄÒÊÈ);
  • ïî äâóõêëþ÷åâîé ñõåìå (Ì2ÒÊÈ);
  • ïî ñõåìå ïðåðûâàòåëÿ òîêà, ÷îïïåðà (ñåðèÿ ÌÒÊÈÄ).
Òðàíçèñòîðû øóíòèðóþòñÿ äèîäàìè îáðàòíîãî òîêà, â êà÷åñòâå êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ ñóïåðáûñòðîâîññòàíàâëèâàþùèåñÿ äèîäû ñ "ìÿãêèì" âîññòàíîâëåíèåì (FRD äèîäû).

Àâòîð: Êîðÿêèí-×åðíÿê Ñ.Ë.

Ñìîòðèòå äðóãèå ñòàòüè ðàçäåëà Ñïðàâî÷íèê ýëåêòðèêà.

×èòàéòå è ïèøèòå ïîëåçíûå êîììåíòàðèè ê ýòîé ñòàòüå.

<< Íàçàä

Ðåêîìåíäóåì ñêà÷àòü â íàøåé Áåñïëàòíîé òåõíè÷åñêîé áèáëèîòåêå:

▪ ðàçäåë ñàéòà Èñòîðèÿ òåõíèêè, òåõíîëîãèè, ïðåäìåòîâ âîêðóã íàñ

▪ æóðíàëû Êâàíò (ãîäîâûå àðõèâû)

▪ êíèãà Ðàñïîçíàâàíèå ñèãíàëîâ íà îïòðîíàõ. Ãàëóøêèí À.È., 1974

▪ êíèãà Êàê ñòðîèòü ðàäèîàïïàðàòóðó. Äæîíñîí Ð., 1968

▪ ñòàòüÿ Êàêîé êîä áûë óñòàíîâëåí äëÿ çàïóñêà àìåðèêàíñêèõ ÿäåðíûõ ðàêåò â 1960-70-å ãîäû?

▪ ñòàòüÿ Ïå÷êà â êàðìàíå

▪ ñïðàâî÷íèê Âõîæäåíèå â ðåæèì ñåðâèñà çàðóáåæíûõ òåëåâèçîðîâ. Êíèãà ¹5

Îñòàâüòå ñâîé êîììåíòàðèé ê ýòîé ñòàòüå:

Èìÿ:


E-mail (íå îáÿçàòåëüíî):


Êîììåíòàðèé:

[lol][cry][!][?]



Êîììåíòàðèè ê ñòàòüå:

Àëåêñàíäð Ìèõàéëîâè÷ Ãðèãîðüåâ
Õî÷ó ïåðåâåñòè íà òðàíçèñòîðû ãèáðèäíóþ ïîëóëàìïîâóþ ñõåìó.


Áåñïëàòíàÿ òåõíè÷åñêàÿ áèáëèîòåêà Áåñïëàòíàÿ òåõíè÷åñêàÿ äîêóìåíòàöèÿ äëÿ ëþáèòåëåé è ïðîôåññèîíàëîâ

All languages of the site:


Arabic

Hebrew

Polish

Bengali

Hindi

Portuguese

Chinese

Italian

Spanish

English

Japanese

Turkish

French

Korean

Ukrainian

German

Malay

Vietnamese