БіполярніБіполярні транзистори з транзистори з ізольованим затвором ізольованим затвором

(БТІЗ)(БТІЗ)

Біполярний транзистор з ізольованим затвором (Біполярний транзистор з ізольованим затвором (IGBT - Insulated Gate Bipolar TransistorsIGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors) – Повністю керований ) – Повністю керований напівпровідниковий прилад, в основі якого тришарова стуктура. напівпровідниковий прилад, в основі якого тришарова стуктура.

IGBT є продуктом розвитку технології силових транзисторів із IGBT є продуктом розвитку технології силових транзисторів із структурою металоксид-напівпровідник керованих електричним структурою металоксид-напівпровідник керованих електричним полем полем (MOSFET-Metal-Oxid-Semiconductor-(MOSFET-Metal-Oxid-Semiconductor- Field-Effect-Transistor)Field-Effect-Transistor)

ВступВступ

Можливості Можливості

В данний час комутована напруга В данний час комутована напруга IGBTIGBT досягає 4500В, струми досягає 4500В, струми до 1800А в модульного виконання; пряме падіння напруги 1,0-1,5В, до 1800А в модульного виконання; пряме падіння напруги 1,0-1,5В, частота комутації до 50 кГц (часи близько200нс). По швидкодії частота комутації до 50 кГц (часи близько200нс). По швидкодії IGBTIGBT поступаються поступаються MOSFET, MOSFET, але значно перевершують біполярні. Типовале значно перевершують біполярні. Типові і значення часу розсмоктування накопиченного заряду і спаду струму при значення часу розсмоктування накопиченного заряду і спаду струму при включенні включенні IGBTIGBT знаходяться в діапазонах 0,2-0,4 і 0,2-1,5мкс, знаходяться в діапазонах 0,2-0,4 і 0,2-1,5мкс, відповідно. відповідно.

Умови позначення Умови позначення IGBTIGBT

Рис. 1Рис. 1

IGBTIGBT поєднують в собі два транзистори в одній напівпровідниковій поєднують в собі два транзистори в одній напівпровідниковій структурі: біполярний (створюючий силовий канал) і польовий структурі: біполярний (створюючий силовий канал) і польовий

(створюючий канал управління)(створюючий канал управління)

Схема зСхема з’’єднання транзисторів в єдиній структурі єднання транзисторів в єдиній структурі

IGBTIGBT

Рис. 2Рис. 2

IGBT має три зовнішні виводи: емітер, колектор, затвор. ЗIGBT має три зовнішні виводи: емітер, колектор, затвор. З’’єднання єднання емітера і стоку (емітера і стоку (DD), бази і витоку (), бази і витоку (SS) є внутрішніми.) є внутрішніми.

Поєднання двох приладів в одній структурі дозволило Поєднання двох приладів в одній структурі дозволило обоб’’єднати достоїнства польових і біполярних транзисторів: єднати достоїнства польових і біполярних транзисторів: високий вхідних опір з високим струмовим навантаженням і високий вхідних опір з високим струмовим навантаженням і

малим опором у включенному стані.малим опором у включенному стані.

Рис. 3Рис. 3

Діаграма напруги і струму управління Діаграма напруги і струму управління

Мал.4:а-звичайний (планарний); б-виконаний по «trench-gate technology»Мал.4:а-звичайний (планарний); б-виконаний по «trench-gate technology»

На мал. 4,б змальована структура На мал. 4,б змальована структура IGBT IVIGBT IV покоління, виконаного за покоління, виконаного за технологією “втопленого” каналу (технологією “втопленого” каналу (trench-gate technologytrench-gate technology), що дозволяє ), що дозволяє виключити опір між р-базами і зменшити розміри приладу у декілька виключити опір між р-базами і зменшити розміри приладу у декілька разів.разів.

Схемний розріз структури Схемний розріз структури

Ключ на Ключ на IGBTIGBT

В данний час транзистори В данний час транзистори IGBT IGBT випускаються, як правило, у вигляді модулі випускаються, як правило, у вигляді модулі в прямокутних корпусах з однобічнимв прямокутних корпусах з однобічним притиском і охолоджуванням ("Mitsubishi", притиском і охолоджуванням ("Mitsubishi", "Siemens", "Semikron" и др.) і виконання "Siemens", "Semikron" и др.) і виконання пігулки з двохстороннім охолоджуванням пігулки з двохстороннім охолоджуванням ("Toshiba Semiconductor Group"). Модулі с ("Toshiba Semiconductor Group"). Модулі с одностороннім охолоджуванням одностороннім охолоджуванням виконуються в міцному пластмасовому виконуються в міцному пластмасовому корпусі з паянними контактами і корпусі з паянними контактами і ізольованою підставою. Всі електричні ізольованою підставою. Всі електричні контакти знаходяться у верхній частині контакти знаходяться у верхній частині корпусу. Відведення тепла здійснюється корпусу. Відведення тепла здійснюється через підставу.через підставу.

IGBT- модуліIGBT- модулі

Привабливими межами сильноточних модулів є: наявність Привабливими межами сильноточних модулів є: наявність електричної ізоляції, простота монтажу з охолоджувачем і легкість електричної ізоляції, простота монтажу з охолоджувачем і легкість звзв’’язку з іншими модулями для підвищення навантаження ланцюга. язку з іншими модулями для підвищення навантаження ланцюга. Вони також дозволяють уникнути використання паралельного зВони також дозволяють уникнути використання паралельного з’’єднання єднання ключів струмів, що перевищують сотні ампер.ключів струмів, що перевищують сотні ампер.

IGBT- модулиIGBT- модули

Рис. 5Рис. 5

1 - кристал; 1 - кристал;

2 – шар кераміки;2 – шар кераміки; 3 - спайка;3 - спайка; 4 – нижня тепловиводящєє підстава4 – нижня тепловиводящєє підстава

Типова конструкція модуля в Типова конструкція модуля в прямокутному корпусі.прямокутному корпусі.

IGBT-модуль по внутрішньою електричною схемою може бути IGBT-модуль по внутрішньою електричною схемою може бути одиничним IGBT, подвійний модуль (half-bridge),деобидва IGBT одиничним IGBT, подвійний модуль (half-bridge),деобидва IGBT сполучені послідовно (півміст), переривник (chopper), у якому сполучені послідовно (півміст), переривник (chopper), у якому одиничний одиничний IGBT IGBT послідовно сполученний з діодом, однофазний або послідовно сполученний з діодом, однофазний або трифазний міст.трифазний міст.

Рис. 6Рис. 6

Схеми IGBT-модулівСхеми IGBT-модулів

Там, де вміст динамічних втрат перевищує 15% Там, де вміст динамічних втрат перевищує 15% загальних втрат, необхідно приділяти значну увагу розводці загальних втрат, необхідно приділяти значну увагу розводці ланцюгів. Приклад ідеального симитричного розташування ланцюгів. Приклад ідеального симитричного розташування ланцюгів представленний на мал.7. При такому ланцюгів представленний на мал.7. При такому розташуванні і зрозташуванні і з’’єднанні приладів забезпечуються рівність єднанні приладів забезпечуються рівність індуктивностей емітерних ланцюгів всіх сполучених індуктивностей емітерних ланцюгів всіх сполучених приладів і тим самим забезпечується вирівнювання між приладів і тим самим забезпечується вирівнювання між ними динамічних втрат.ними динамічних втрат.

Схеми IGBT-модулівСхеми IGBT-модулів

Рис. 7. Симетрична розводка електричних ланцюгів в приладах, що паралельно сполучаються (кільцеве з’єднання) 1 - охолоджувач; 2 – друкарська плата; 3 – з’єднання емітерів; 4 – з’єднання входів низької сторони.

Сучасні Сучасні IGBTIGBT-модулі знаходять сьогодні широке -модулі знаходять сьогодні широке вживання при створенні некерованних і керованних вживання при створенні некерованних і керованних випрямлячів, автономних інверторів для живлення двигунів випрямлячів, автономних інверторів для живлення двигунів постійного і змінного струму середньої потужності (див. мал. постійного і змінного струму середньої потужності (див. мал. 8), перетворювачів індукційного нагріву, зварювальних 8), перетворювачів індукційного нагріву, зварювальних апаратів, джерел безперебійного живлення, побутовою і апаратів, джерел безперебійного живлення, побутовою і студійною.студійною.

Рис. 8Рис. 8 Схема тягового приводу системи ONIX 3000 на Схема тягового приводу системи ONIX 3000 на IGBT-транзісторах електровоза AM96 для системи IGBT-транзісторах електровоза AM96 для системи электропостачання 3 кВэлектропостачання 3 кВ

ВживанняВживання

особливу роль особливу роль IGBTIGBT-модуль іграють в розвитку залізничного -модуль іграють в розвитку залізничного трансформатору, міського автотранспорту і ін.трансформатору, міського автотранспорту і ін.

ВживанняВживання

KAZUS.RU «Электронный портал»KAZUS.RU «Электронный портал»http://ru.wikipedia.org/wiki/http://ru.wikipedia.org/wiki/IGBT.htmlIGBT.htmlhttp://http://kosmodrom.com.ua/igbt4000.htmlkosmodrom.com.ua/igbt4000.htmlwww.osipoff.ruwww.osipoff.ruhttp://www.osipoff.ru/images/01/flox/image374.ghttp://www.osipoff.ru/images/01/flox/image374.giiffhttp://ru.wikipedia.org/wiki/http://ru.wikipedia.org/wiki/IGBTIGBTwww.mir.com.mywww.mir.com.myhttp://http://kosmodrom.com.ua/igbt.htmlkosmodrom.com.ua/igbt.htmlwww.platan.ruwww.platan.ruwww.www.premier-electric.compremier-electric.com

По матеріалам сайтів:По матеріалам сайтів:

От і все! От і все!

Сподіваюся, матеріал виявиться Вам Сподіваюся, матеріал виявиться Вам корисним! корисним!

Бажаю Успіху!!Бажаю Успіху!!

От і все! От і все!

Сподіваюся, матеріал виявиться Вам Сподіваюся, матеріал виявиться Вам корисним! корисним!

Бажаю Успіху!!Бажаю Успіху!!