Слайд 2
Силовые п/п приборы – управляемые приборы, используемые в
различных силовых устройствах: электроприводе, источниках питания, мощных преобразовательных установках.
Для снижения потерь эти приборы в основном работают в ключевом режиме.
Основные требования:
Малые потери при коммутации;
Большая скорость переключения из одного состояния в другое;
Малое потребление по цепи управления;
Большой коммутируемый ток и высокое рабочее напряжение.
Разработаны приборы на токи до 1000 А и рабочее напряжение свыше 6 кВ, работают на частотах до 1 МГц. Значительно снижена мощность управления силовыми ключами.
Слайд 4
IGBT–транзисторы
Транзисторы по принципу действия делятся на биполярные (управляемые
током), униполярные (управляемые электрическим полем или полевые) и IGBT–транзисторы.
Аббревиатура IGBT – это сокращение названия Insulated gate bipolar transistor. В переводе это значит биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ).
В биполярных транзисторах ток определяется движением носителей зарядов обоих знаков: электронов и дырок, поэтому они называются биполярными.
В полевых транзисторах ток определяется шириной проводящего канала, по которому движутся носители зарядов одного знака, отсюда их другое название – униполярные.
IGBT–транзисторы являются гибридными, в них сочетаются положительные свойства биполярных и полевых транзисторов.
Слайд 5
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) или, как
они сокращенно называются по-английски IGBT, представляют собой гибрид биполярного
транзистора и ПТИЗ, сочетающий их лучшие свойства. БТИЗ – это сложная многослойная структура и процессы в ней весьма сложны. Поэтому на рис. 2.17 приведена очень упрощенная схема замещения. При подаче на затвор З напряжения, положительного относительно точки Э, ПТИЗ открывается и начинает проходить ток от точки К через эмиттерно-базовый переход биполярного транзистора и открытый ПТИЗ к точке Э. При этом открывается биполярный транзистор, через который проходит ток от точки К к точке Э. Буквами Э, К, З обозначены эмиттер, коллектор и затвор БТИЗ. БТИЗ могут работать только в ключевом режиме.
БТИЗ в настоящее время получили наибольшее распространение в устройствах силовой электроники при мощностях от сотен Вт до тысячи кВт.
Слайд 6
При изготовлении ПТИЗ, имеющих вертикальный канал, образуется паразитный
БТ, который не находил практического применения. На рис VT
- ПТИЗ, Т1 – паразитный БТ, R1 – последовательное сопротивление канала ПТ, R2 – сопротивление, шунтирующее переход база-эмиттер БТ Т1. благодаря сопротивлению R2 БТ заперт и не оказывает влияния на VT.
Слайд 7
Структура IGBT аналогична структуре ПТИЗ, но дополнена еще
одним p-n-переходом, благодаря которому в схеме замещения появляется еще
один p-n-p-транзистор Т2.
Образовавшаяся структура из двух транзисторов Т1 и Т2 имеет глубоко внутреннюю положительную обратную связь, так как ток коллектора транзистора Т2 влияет на ток базы транзистора Т1, а ток коллектора транзистора Т1 определяет ток базы транзистора Т2.
Ток стока или
Ток IGBT транзистора
Эквивалентная крутизна
эквивалентная крутизна превышает крутизну ПТИЗ, регулировать их значения можно за счет R1 и R2.
Слайд 8
ВАХ схем замещения IGBT транзистора
Слайд 9
Область безотказной работы БТИЗ
На ОБР отсутствует участок вторичного
пробоя, характерный для БТ.
Поскольку в основу транзисторов типа IGBT
положены ПТИЗ с индуцированным каналом, то напряжение, подаваемое на затвор должно быть больше порового напряжения, которое имеет значение 5-6 В.
Быстродействие БТИЗ несколько ниже быстродействия ПТ, но значительно выше быстродействия БТ. Время вкл и выкл не превышает 0,5 -1,0 мкс.
Слайд 10
Характеристики БТИЗ
Выходные характеристики БТИЗ похожи на характеристики ПТИЗ,
но на участке насыщения они идут значительно круче. Это
обуславливает значительно меньшее падение напряжения в клю-чевом режиме. Передаточные характеристики аналогичны.
Слайд 11
схемы, обеспечивающие работу транзисторов разных типов в ключевом
режиме
Слайд 12
Схемы транзисторных ключей (а, б, в), их выходные
ВАХ (г, д, е)
и ВАХ идеального транзисторного ключа (ж)
В
ключевом режиме все транзисторы в открытом состоянии работают на вертикальной части выходной ВАХ (малое падение напряжения), а в закрытом – на нижней горизонтальной ВАХ (малый ток). Все транзисторные ключи не допускают приложения обратного напряжения и, поэтому, как правило, шунтируются обратными диодами (рис. 2.23 а – в).
Слайд 13
Основные параметры ПТИЗ и БТИЗ
Основные параметры ПТИЗ
и БТИЗ практически одинаковы, только взамен названий электродов сток
и исток употребляются термины коллектор и эмиттер.
По току стока:
- максимально допустимый ток стока Iс.max при заданной температуре корпуса (достигает 100 А у ПТИЗ и 2000 А у БТИЗ);
- ток стока отсечки (через запертый транзистор) Iотс.
По напряжению на стоке:
- максимально допустимое напряжение сток-исток Uси.max при токе базы равном нулю (достигает 900 В у ПТИЗ и 4500 В у БТИЗ);
Iс.max и Uси.max не могут достигать одновременно максимальных значений.
По сопротивлению: сопротивление сток-исток в открытом состоянии при заданном токе стока и напряжении затвор-исток Rси (от десятков мОм до единиц Ом).
По мощности: максимальная мощность рассеяния на стоке Pс.max при заданной температуре корпуса.
По управлению:
- крутизна передаточной характеристики
- максимально допустимое напряжение затвор-исток Uзи.max (до 20 В);
- пороговое напряжение затвор-исток UЗ0 (2 – 5 В).
Тепловые параметры:
- тепловое сопротивление переход-корпус (при применении охладителя) RТ(П-К);
- тепловое сопротивление переход-окружающая среда (при отсутствии охладителя) RТ(П-С).
Параметры для БТИЗ практически те же, но вместо параметра сопротивление сток-исток Rси в открытом состоянии используется напряжение насыщения коллектор-эмиттер Uкэ.нас, которое определяется при заданном токе коллектора и напряжении затвор-эмиттер (1,5 – 3,5 В).
