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:

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

AirPods Pro с инфракрасными камерами 27.11.2025

Apple традиционно играет роль новатора, поэтому ожидания от следующего поколения AirPods Pro особенно высоки. Новая модель, над которой компания уже активно работает, должна не просто улучшить звук, но и расширить способы взаимодействия человека с цифровой средой. Одним из наиболее заметных нововведений станет появление чипа Apple H3. Сегодняшние AirPods Pro используют поколение H2, обеспечивающее высокую скорость обработки звука, однако переход к H3 обещает еще более точное шумоподавление и сокращение задержки при беспроводной передаче аудио. По данным источников, новая архитектура улучшит энергоэффективность, а также позволит чипу глубже интегрироваться с устройствами экосистемы Apple. Особенно это касается гарнитуры Vision Pro, которая получит более синхронную работу с будущими наушниками. Не менее интригующей выглядит вторая инновация - миниатюрные инфракрасные камеры, встроенные непосредственно в корпус AirPods. Специалисты предполагают, что эти сенсоры смогут фиксировать дв ...>>

ИИ нужно воспринимать как пользователя 26.11.2025

Искусственный интеллект постепенно перестает быть скрытым компонентом программных решений и выходит на передний план. Сегодня алгоритмы не просто помогают обрабатывать данные, но и активно участвуют в рабочих процессах, принимают решения, взаимодействуют с корпоративными сервисами и получают доступ к критически важной инфраструктуре. Такое расширение их возможностей заставляет специалистов по безопасности переосмыслить, что именно означает присутствие ИИ в цифровой среде. Президент по продуктам и технологиям Okta Рик Смит подчеркивает, что воспринимать ИИ исключительно как технологическую надстройку уже невозможно. По его словам, компании обязаны учитывать, что искусственные агенты становятся участниками процессов наравне с живыми сотрудниками, а значит, требуют аналогичных мер защиты. Он формулирует это предельно прямо: "Мы должны защищать клиентов не только от людей, но и от ИИ-агентов - относиться к ним как к пользователям". Однако многие организации продолжают рассматривать И ...>>

Случайная новость из Архива Грибы смогут спасти человечество 17.09.2019 Если на Землю упадет убийственный астероид, произойдет вулканический апокалипсис или ядерный холокост, грибы способны спасти человечество от полного вымирания. Саентолог Брайан Уолш (Bryan Walsh) предложил стратегии, которые могут поддержать людей после глобальной катастрофы. Уолш предполагает, что, поскольку грибы, крысы и некоторые насекомые могут жить без солнечного света, люди могут начать разводить колонии съедобных грибов на останках мертвых деревьев - и так прокормить себя. Около 66 миллионов лет назад астероид упал на Землю и врезался в морское дно, создав взрыв, который в 6500 раз мощнее ядерной бомбы, сброшенной США на Хиросиму. В результате удара облака атмосферы и мусора попали в атмосфер, блокируя солнечный свет и тепло примерно на два года. Фотосинтез у растений остановился, выжившие динозавры умерли от голода. Но записи окаменелостей показывают, что грибы все эти годы процветали.

Другие интересные новости:

▪ Нанотрубки способны изменить форму воды

▪ Говорящие пальцы

▪ Скоро грядет оптическая замена USB

▪ Новые проекционные телевизоры Toshiba

▪ Электроника питается от уха

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья В хронологической пыли. Крылатое выражение

▪ статья Что является самой большой искусственной монолитной структурой на Земле? Подробный ответ

▪ статья Государственное обеспечение по охране труда и финансирование мероприятий по охране труда

▪ статья Металлоискатель с повышенной чувствительностью на микросхемах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сгорающая вода. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025