Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) ( 32 ) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (32)

...Знаешь, они действительно интересные, эти транзисторы! Непонятно только, каким это образом люжно управлять ими точно так же, как и полевыми?..

Из переписки

6.1. Принцип IGBT

Мы уже хорошо знаем, что при изготовлении полевых транзисторов в их структуре обязательно появляется паразитный диод «сток-исток», который не находит практического применения, а зачастую просто мешает нормальному функционированию схем. Кроме того, высо-ковольтные транзисторы MOSFET всегда имеют большое сопротивление в открытом состоянии, что, конечно, затрудняет их массовое использование при напряжениях C/c> 300 В.

В начале 1980-х гг. были проведены успешные эксперименты по созданию комбинированного транзистора, состоящего из управляющего MOSFET и выходного биполярного каскада, получившего название биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ). Фирмы разработали множество способов получения таких приборов, однако наибольшее распространение получили транзисторы схемотехники IGBT (insulated gate bipolar transistor), в которых наиболее удачно удалось соединить особенности полевых и биполярных транзисторов, работающих в ключевом режиме.

Массовое производство отечественных транзисторов IGBT до настоящего времени не налажено. Нашими инженерами был разработан транзистор КП730А, данные на который имеются в новых справочниках, но приобрести его невозможно - разработка пока остается «на бумаге». Будем надеяться, что в недалеком будущем отечественная промышленность, которая умела в советское время производить хо-

6. «Почти биполярный, почти полевой»

Биполярный транзистор с изолированным затвором (ICBT)



рошие полупроводниковые приборы, наладит дешевое производство конкурентоспособных силовых транзисторов MOSFET и IGBT. Пока этого не произойдет, отечественному разработчику придется ориентироваться на импортную элементную базу.

Русскоязычной литературы, посвященной использованию в силовой технике транзисторов IGBT, почти нет, да и та, что издана, представляет собой переводы так называемых заметок о применении (application notes), публикуемых фирмами-производителями компонентов силовой электроники [23]. Малочисленные российские разработчики конкурентоспособной импульсной силовой техники делают попытки поделиться своим практическим опытом [22], но все же эта интереснейшая область еще ждет своих инженеров. В этом разделе мы расскажем об основах применения 1GBT.


Затвор

Нзэ I

Эмттер

Рис. 6.1. Принцип действия IGBT

Внимательно посмотрите на рис. 6.1. Технологически транзистор IGBT получают из транзистора MOSFET посредством добавления еще одного биполярного транзистора структуры р-п-р, благодаря которому и возможно появление замечательных свойств этого силового прибора. Образовавшаяся структура из транзисторов VT1 и VT2 имеет внутреннюю положительную обратную связь, так как ток коллектора VT2 влияет на ток базы VT1 и наоборот. Коэффициенты передачи тока эмиттера транзисторов VT1 и VT2 соответственно равны и Рг-



1к2 = 42Р2 1к\ = 4lPl

Ь = 1к\ + 1к2 + ic

Таким образом, ток стока полевого транзистора:

4 = (1-Pi- Р2). Ток стока /полевого транзистора можно определить через его усилительную характеристику, называемую крутизной, и через напряжение затвора U. Ток силовой части транзистора IGBT:

1-(Р,+Р2)

где Se =------ - эквивалентная крутизна IGBT.

l~(Pi +Р2)

При р, + Р2« 1 эквивалентная крутизна IGBT значительно превышает крутизну MOSFET. Регулировкой R1 и R2, которая осуществляется на этапе изготовления транзистора, можно управлять коэффициентами р, и Р.

Другим достоинством IGBT является значительное снижение последовательного сопротивления (по сравнению с MOSFET) силовой цепи в открытом состоянии. Благодаря этому снижаются тепловые потери на замкнутом ключе.

Условное обозначение транзистора IGBT, приведенное на рис. 6.2, указывает, что в его составе есть полевая и биполярная части.

Исследования показывают, что у транзистора IGBT отсутствует участок вторичного пробоя, характерный для классических биполярных транзисторов. Быстродействие IGBT, к сожалению, ниже быстродействия транзисторов MOSFET, а значит, их трудно использовать в источниках питания с высокими частотами преобразования. Однако IGBT быстрее биполярных транзисторов. Ограничение общей скорости переключения биполярных транзисторов с изолированным затвором кроется в конечном времени жизни неосновных носителей в базе р-п-р транзистора. То есть мы опять сталкиваемся со знакомым нам эффектом рассасывания неосновных носителей, который можно увидеть на рис. 6.3. Задача оптимизации времени рассасывания - очень противоречивая задача для фирмы-производителя транзисторов. Разберемся, почему это так.



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) ( 32 ) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110)