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:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Слова и их эмоциональная окраска 11.01.2019 Исследователи из Геттингенского университета изучали, как мозг обрабатывает слова, связывая с ними положительные или отрицательные эмоции. В сознании человека многие предметы и люди в повседневной жизни имеют эмоциональное значение. Например, пара шерстяных носков обладает эмоциональной ценностью, если это была последняя вещь, которую бабушка связала перед смертью. То же самое относится и к словам. Имя незнакомца поначалу не имеет для вас эмоциональной коннотации, но если развиваются любовные отношения, то даже имя неожиданно приобретает позитивный оттенок. Ученые из Института психологии им. Георга Элиаса Мюллера при Геттингенском университете проанализировали, как люди придают изначально нейтральным знакам, словам и лицам эмоциональное значение. В течение нескольких часов участники изучали эти связи через процесс систематических вознаграждений и потерь. Например, если они каждый раз получали деньги при виде определенного нейтрального слова, оно приобретало положительный эмоциональный оттенок. И наоборот, если участники теряли деньги всякий раз, видя определенное слово, оно становилось отрицательно окрашенным. Исследование также показало, что люди закрепляют позитивные ассоциации гораздо быстрее, чем нейтральные или негативные. Используя электроэнцефалографию (ЭЭГ), исследователи также анализировали, как мозг обрабатывает различные раздражители. Мозг обычно определяет, является ли изображение или слово положительным или отрицательным примерно за 200-300 миллисекунд. "Слова, связанные с потерей, вызывают специфические нейрональные реакции в зрительной коре всего за 100 миллисекунд, - говорит д-р Луиза Кульке, первый автор исследования. - Таким образом, мозг мгновенно распознает, какое значение имеет для нас новое слово, особенно если это значение отрицательное". Также, видимо, имеет значение, является ли слово уже известным субъекту (например, "стул" или "дерево"), или это вымышленное слово, которого нет в языке (например, "напо" или "фоти"). Таким образом, существующее семантическое значение слова также играет роль в характере эмоций, которые мы за ним закрепляем.

Другие интересные новости:

▪ Общение с собаками повышает иммунитет

▪ Разъем USB Type-C стал евростандартом

▪ Ультразвуковая кофемашина

▪ Охлаждающийся материал на основе верблюжего меха

▪ Фотодатчик HSDL-9001

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструмент электрика. Подборка статей

▪ статья А Васька слушает да ест. Крылатое выражение

▪ статья Где появился кокосовый орех? Подробный ответ

▪ статья Пробники. Справочник

▪ статья Определение параметров и расчет силового трансформатора источника для полуавтоматической сварки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Малогабаритный выпрямитель, 220/9 вольт 70 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025