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) (33)

Ik.(Uk3)

<


Рис. 6.2. Условное обозначение транзистора IGBT

Рис. 6.3. Характерный «хвост» тока коллектора, появляющийся при запирании транзистора IGBT

Заряд, накопленный в базе р-п-р транзистора, вызывает характерный «хвост» тока при выключении IGBT. Как только имеющийся в составе транзистора IGBT полевой транзистор MOSFET прекращает проводить ток, в силовой цепи начинается рекомбинация неосновных носителей, которая является предтечей «хвоста». Этот «хвост» ведет к увеличению тепловых потерь и требует увеличения так называемого «мертвого времени» (dead time) в мостовых и полумостовых схемах между промежутками проводимости двух приборов.

База р-п-р транзистора, «отвечающего» за образование «хвоста», сделана недоступной извне, поэтому невозможно применить какие-либо индивидуальные схемотехнические методы для снижения времени переключения и уменьшения потерь. Борьба с нежелательными эффектами идет на этапе изготовления транзисторов.

Традиционный метод ускорения «рассасывания» неосновных носителей заключается в особом технологаческом приеме, ускоряющем процесс их рекомбинации. Мы, конечно, рассматривать эти технологические приемы не будем. Нас интересует только их результат. Итак, уменьшение времени рекомбинации снижает коэффициент усиления р-п-р транзистора, а значит, увеличивает напряжение насыщения открытого IGBT транзистора (что ведет к росту статических потерь). Увеличение коэффициента усиления снижает напряжение насыщения, но увеличивает потери «хвоста». Чрезмерное увеличение коэффициента усиления может увеличить потери включения IGBT транзистора настолько, что они превысят потери выключения. Кроме того, в этом случае могут сложиться благоприятные условия для так называемого опасного защелкивания биполярной части транзистора. Дело в том, что биполярная часть IGBT транзистора представляет собой



где Uf - напряжение «коллектор-эмиттер» транзистора в выключенном состоянии;

t - время нарастания (справочный параметр).

Следует отметить, что ведущие мировые фирмы-производители транзисторов MOSFET (International Rectifier, IXYS, Motorola, Intersil и др.) гарантируют отсутствие «защелкивания» биполярной структуры вплоть до предельных значений напряжения «коллектор-эмиттер». , Учитывая противоречивые требования, предъявляемые к транзисторам IGBT (большая скорость переключения и малые коммутационные потери), фирмы-производители не стали оптимизировать параметры транзисторов, а выпустили ряд приборов, рассчитанных на разные частотные режимы работы, как показано на рис. 6.4. Ведущий производитель IGBT фирма International Rectifier классифицирует свою продукцию по следующим категориям:

• W - (waф speed) - 75... 150 кГц;

• и - (ultra fast speed) - 10...75 кГц;

• F - (fast speed) - 3... 10 кГц;

• S - (standard speed) - 1 ...3 кГц.

Частотный диапазон транзистора можно определить по графику, взятому из технических условий на конкретный прибор. Категория транзистора обычно указывается на титульном листе. Данный график, пример которого приведен на рис. 6.7, показывает соответствие рабочей частоты максимально допустимому току через прибор. Видно, что с повышением частоты необходимо снижать максимальный ток, по-

р-п-р-п структуру, очень похожую на структуру всем известного тиристора. При + Р2 > U «защелкнувшись», транзистор может попросту сгореть, если не соблюдать правила работы с ним. Что такое «защелкивание»? Читатель наверняка знает, что тиристор, включаясь, теряет управление - закрыть его невозможно, пока не будет полностью отключен ток через силовую часть тиристора. Нечто подобное может произойти и с IGBT. Чтобы избежать защелкивания, нужно стараться не превышать знакомую нам норму Jt/ / dt (скорость изменения напряжения на коллекторе). Приближенно считается, что:




Рис. 6.4. Сравнительные частотные характеристики IGBT транзисторов разных категорий

скольку растут потери переключения. Также обратите внимание, что однотактное включение транзистора допускает большие значения пиковых токов, нежели двухтактное. В качестве дополнительного примера приведен такой же график (рис. 6.5) для полумостового мощного транзисторного модуля GA400TD60U класса ultra-fast.


Частота, кГц

Рис. 6.5. График зависимости максимально допустимого тока коллектора от частоты переключения для транзисторного модуля GA400TD60U



(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)