![]() |
ÝÍÖÈÊËÎÏÅÄÈß ÐÀÄÈÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ È ÝËÅÊÒÐÎÒÅÕÍÈÊÈ Ñèëîâûå ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû. Áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì (ÁÒÈÇ èëè IGBT)
Ýíöèêëîïåäèÿ ðàäèîýëåêòðîíèêè è ýëåêòðîòåõíèêè / Ñïðàâî÷íèê ýëåêòðèêà 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.
![]() 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.
![]() 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:
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 Â 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:
![]() 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:
Òðàíçèñòîðû øóíòèðóþòñÿ äèîäàìè îáðàòíîãî òîêà, â êà÷åñòâå êîòîðûõ
èñïîëüçóþòñÿ ñóïåðáûñòðîâîññòàíàâëèâàþùèåñÿ äèîäû ñ "ìÿãêèì" âîññòàíîâëåíèåì (FRD
äèîäû).
Àâòîð: Êîðÿêèí-×åðíÿê Ñ.Ë.
▪ 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? ▪ ñïðàâî÷íèê Âõîæäåíèå â ðåæèì ñåðâèñà çàðóáåæíûõ òåëåâèçîðîâ. Êíèãà ¹5
Êîììåíòàðèè ê ñòàòüå: Àëåêñàíäð Ìèõàéëîâè÷ Ãðèãîðüåâ Õî÷ó ïåðåâåñòè íà òðàíçèñòîðû ãèáðèäíóþ ïîëóëàìïîâóþ ñõåìó.
|