IGBT транзистор

IGBT транзистор – это биполярный радиоэлектронный компонент с изолированным затвором. В русской версии используется аббревиатура БТИЗ. По конструкции электронный полупроводниковый прибор представляет мощный высоковольтный каскад, на основе гибридизации полевого и биполярного транзисторов.

Принцип работы IGBT транзистора основан на управлении биполярного, полевым транзистором. Рабочий процесс БТИЗ можно рассматривать как 2 этапа. Первый – заключается в открытии полевого транзистора при подаче положительного потенциала между затвором и истоком. За счет открытия n – канала, из области n в область p происходит движение зарядов. Как результат открывается биполярный компонент и от эмиттера к коллектору проходит ток. Это второй этап.

Для наглядности представлена схема IGBT транзистора:

Полупроводниковый ключ IGBT объединил самые оптимальные характеристики 2-х компонентов. И если в одном полевом транзисторе сопротивление открытого канала равно квадрату тока, то в БТИЗ этот показатель прямо пропорционален току. При этом входные свойства полевого транзистора минимизируют затраты на управление.

Разработки

Впервые подобное устройство предложили в конце 70-х гг. XX века. До этого наряду с тиристорами применялись биполярные transistor, имеющие массу недочетов. На базу требовалось подавать большой ток для открытия канала. К тому же после отключения, ток на коллекторе спадал не сразу. Вследствие чего возникало сопротивление цепи и компонент значительно нагревался, требуя зачастую принудительного охлаждения. К тому же напряжения насыщения цепи коллектор-эмиттер ограничивали миним. рабочее U.

С внедрением полевых компонентов изъяны были устранены. Теперь управление осуществлялось не током, а напряжением. К тому же повышенные температуры до 100°C влияли на параметры незначительно. Использование в конструкции многоячеистых БТИЗ миним. рабочее U практически не имело предела. Немаловажно отметить возможность работать в широком диапазоне токов, интенсивную частоту переключения и невысокое сопротивление канала.

1-й промышленный IGBT запатентовали в нач. 80-х гг. прошлого века, а через некоторое время на свет появился БТИЗ с плоской структурой взамен V-канала. Новый прибор имел более высокое рабочее U. В начале IGBT не нашел широкого применения, так как характеризовался медленным переключением и низкой надежностью. Последующие доработки только в 90-х гг. прошлого столетия позволили создать БТИЗ 2-го поколения, способный более-менее стабильно работать в силовых цепях. На современном этапе применяются БТИЗы 3-го поколения, которые характеризуются отличными качественными показателями.

• Высокое входное сопротивление наряду с низкой потребляемой мощностью управления.
• Низкое остаточное U в рабочем состоянии.
• Потери в открытом состоянии ничтожны, даже при высоких U и больших I.
• Переключение и проводимость соответствуют параметрам биполярного компонента.
• Управление U.

По току новые IGBT рассчитаны до 1200 А, а напряжение – до 10 кВ.

Рекомендация! Несмотря на широкий диапазон рабочего напряжения и тока, БТИЗ рекомендуется применять для силовых установок с U выше 500 В и I от 10 А. При меньших рабочих параметрах у полевых компонентов снижается сопротивление. В этом случае достаточно применять простую МОП-структуру.

Применение

IGBT технологии используются в инверторных системах, в импульсных регуляторах тока и для управления часто регулируемых приводов. Также применяются модули, в которых установлено 2 transistor, образующие полумост. Частотный IGBT преобразователь применяют для регулировки оборотов трехфазного асинхронного двигателя. Обеспечивается высокий КПД и плавность хода с возможностью рекуперативного торможения на любой скорости вращения, в отличие от применения для этих целей тиристорыных устройств.