Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ или IGBT). Схема, описание

RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ
Ücretsiz kütüphane / Elektrikçi

Силовые полупроводниковые приборы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ или IGBT). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Ücretsiz teknik kütüphane

Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Elektrikçinin El Kitabı

makale yorumları

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.

Yalıtılmış Kapı Bipolar Transistörler (IGBT'ler veya IGBT'ler)
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.

Yalıtılmış Kapı Bipolar Transistörler (IGBT'ler veya IGBT'ler)
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.

Bu durumda, 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.

Yalıtılmış Kapı Bipolar Transistörler (IGBT'ler veya IGBT'ler)
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).

Yazar: Koryakin-Chernyak S.L.

Diğer makalelere bakın bölüm Elektrikçinin El Kitabı.

Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar.

<< Geri

En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:

Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu 05.05.2024

Modern bilim ve teknoloji dünyası hızla gelişiyor ve her gün bize çeşitli alanlarda yeni ufuklar açan yeni yöntem ve teknolojiler ortaya çıkıyor. Bu tür yeniliklerden biri, Alman bilim adamlarının, fotonik alanında önemli ilerlemelere yol açabilecek optik sinyalleri kontrol etmenin yeni bir yolunu geliştirmesidir. Son araştırmalar, Alman bilim adamlarının erimiş silika dalga kılavuzunun içinde ayarlanabilir bir dalga plakası oluşturmasına olanak sağladı. Sıvı kristal katmanın kullanımına dayanan bu yöntem, bir dalga kılavuzundan geçen ışığın polarizasyonunu etkili bir şekilde değiştirmeye olanak tanır. Bu teknolojik atılım, büyük hacimli verileri işleyebilen kompakt ve verimli fotonik cihazların geliştirilmesi için yeni umutlar açıyor. Yeni yöntemle sağlanan elektro-optik polarizasyon kontrolü, yeni bir entegre fotonik cihaz sınıfının temelini oluşturabilir. Bu, büyük fırsatların önünü açıyor ... >>

Primium Seneca klavye 05.05.2024

Klavyeler günlük bilgisayar işlerimizin ayrılmaz bir parçasıdır. Ancak kullanıcıların karşılaştığı temel sorunlardan biri, özellikle premium modellerde gürültüdür. Ancak Norbauer & Co'nun yeni Seneca klavyesiyle bu durum değişebilir. Seneca sadece bir klavye değil, ideal cihazı yaratmak için beş yıllık geliştirme çalışmasının sonucudur. Bu klavyenin akustik özelliklerinden mekanik özelliklerine kadar her yönü dikkatle düşünülmüş ve dengelenmiştir. Seneca'nın en önemli özelliklerinden biri, birçok klavyede yaygın olan gürültü sorununu çözen sessiz dengeleyicileridir. Ayrıca klavye çeşitli tuş genişliklerini destekleyerek her kullanıcı için kolaylık sağlar. Seneca henüz satışa sunulmasa da yaz sonunda piyasaya sürülmesi planlanıyor. Norbauer & Co'nun Seneca'sı klavye tasarımında yeni standartları temsil ediyor. O ... >>

Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi açıldı 04.05.2024

Uzayı ve onun gizemlerini keşfetmek, dünyanın her yerindeki gökbilimcilerin dikkatini çeken bir görevdir. Şehrin ışık kirliliğinden uzak, yüksek dağların temiz havasında yıldızlar ve gezegenler sırlarını daha net bir şekilde açığa çıkarıyor. Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi olan Tokyo Üniversitesi Atacama Gözlemevi'nin açılışıyla astronomi tarihinde yeni bir sayfa açılıyor. Deniz seviyesinden 5640 metre yükseklikte bulunan Atacama Gözlemevi, uzay araştırmalarında gökbilimcilere yeni fırsatlar sunuyor. Bu site, yer tabanlı bir teleskop için en yüksek konum haline geldi ve araştırmacılara Evrendeki kızılötesi dalgaları incelemek için benzersiz bir araç sağladı. Yüksek rakımlı konum daha açık gökyüzü ve atmosferden daha az müdahale sağlasa da, yüksek bir dağa gözlemevi inşa etmek çok büyük zorluklar ve zorluklar doğurur. Ancak zorluklara rağmen yeni gözlemevi gökbilimcilere geniş araştırma olanakları sunuyor. ... >>

Arşivden rastgele haberler

Sivrisinekleri kontrol etmenin etkili bir yolu 15.06.2020

Yeni bir araştırmaya göre, bir tür volkanik camın suyla birleştirilmesiyle yapılan bir aerosol, sıtma taşıyan sivrisinekleri kontrol etmek için etkili bir yöntem göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, bu böceklerin Afrika'daki popülasyonlarını azaltmak için faydalı olabilir.

Sıtma, sivrisinekler tarafından bulaşan bulaşıcı bir hastalık. Her yıl, hastalık Afrika'da yaklaşık 400 kişinin hayatına mal oluyor.

Kan emicileri uzaklaştıran birçok ilaç var. Ancak sivrisinekler, piretroidler gibi yaygın olarak kullanılan insektisitlere karşı giderek daha dirençli hale geliyor, bu nedenle onları kontrol etmek için alternatif güvenli kimyasallar çok önemlidir.

Bilim adamları, en yaygın olarak yapı malzemelerinde ve bahçelerde toprak katkı maddesi olarak kullanılan volkanik bir mineral olan perlitin de sıtma sivrisineklerini kontrol etmeye yardımcı olabileceğini bulmuşlardır.

İç duvarların tedavisi için buna dayalı bir sprey (Imergard WP) geliştirildi. Bu aerosol herhangi bir ek kimyasal içermez, memeliler için toksik değildir ve uygun maliyetli olacaktır. Erken sonuçlar sivrisineklerin perlit aerosolüne dirençli olmadığını göstermektedir.

Sonuçlar, Imergard WP ile tedavi edilen odalarda sivrisinek ölüm oranının, tedaviden sonraki beş ay içinde %80'in üzerinde ve altı ay içinde %78'in üzerinde olduğunu gösterdi.

NC Eyaleti Seçkin Entomoloji Profesörü William Neil Reynolds Mike Rowe, "Statik olarak aktarılan perlit parçacıkları sivrisinekleri esasen kurutur," dedi.

Bilim adamlarına göre sivrisinekler, işlenmiş yüzeyle temas ettikten birkaç saat sonra ölüyor.

Diğer ilginç haberler:

▪ Kristal plastikten yapılmış yapay kas

▪ bireysel virüsler

▪ Uçağa binerken çalışan bir gadget gösterin

▪ Elektrikli uçan taksi test edildi

▪ Çift işlemsel amplifikatör EL1510

Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik

Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri:

▪ Sitenin bölümü Evde fabrika teknolojileri. Makale seçimi

▪ makale Kabaca söylemek gerekirse, ancak yumuşak bir şekilde ifade etmek. Popüler ifade

▪ makale İnsanlar ne zaman peruk takmaya başladı? ayrıntılı cevap

▪ makale Vulkanizatör. İş güvenliğine ilişkin standart talimat