Д. Igbt транзисторы

В большинстве случаев биполярные транзисторы оказываются более выгодными не только экономически, но и энергетически. Редко, когда мощные нагрузки питают напряже- нием меньше 24 В, обычно это100 иболее вольт, значит КПД дешевого биполярного ключа гарантированно0,99 иболее. Одна беда– тепловоеравновесие. Вконце80-х годов прошло- го века были созданы IGBT транзисторы (Isolated Gate Bipolar Transistor) – биполярные транзисторы с изолированным затвором, совместившие в себе независимое от тока нагрузки падение напряжения биполярного транзистора и простоту управления и устойчивое тепло- вое равновесие полевого. Посвоим частотным свойствам IGBT транзисторы близки кбипо- лярным и имеют допустимые динамические потери при частотах переключения до 50…100

кГц. IGBT транзистор – трехвыводной прибор, имеющий вывод затвора, эмит-

к

к

_з з _з

э

э

тера и коллектора. В основе IGBT – со- _{к к} ставной биполярный транзистор, базо- вый ток которого формируется МОП

^з транзистором. Управление подается на

э э ^{его затвор. Внутреннее устройство} IGBT показано на рис. 2.11 а), а вариан- ты схемотехнического изображение – на

_{а) б)} в)

Рис. 2.11.

^г) рис. 2.11 б), в) и г).

При подаче положительного на- пряжения на затвор формируется ток

между стоком и истоком, поступающий в базу p-n-p транзистора. Открываясь, этот тран- зистор формирует ток базы n-p-n транзистора, а он дополнительно открывает p-n-p, по- скольку включен между его коллектором и базой. Параметры транзисторов и внутреннего резистора подобраны так, что при снятии напряжения с затвора IGBT закрывается. Эмит- тер p-n-p транзистора выполняет функции коллектора IGBT, поскольку подключен к по- ложительному потенциалу. В различной литературе Вы можете увидеть разные символи- ческие обозначения этого транзистора, какпоказанонарис. 2.11 б)…г).

Благодаря тому, что сопротивление канала имеет положительный ТКС, локального перегрева переходов p-n-p и n-p-n транзисторов не наблюдается. При повышении в каком либо месте перехода плотности тока, возрастающая температура приводит к сокращению поступающеготудатокаполевоготранзистора.

Статический коэффициент полезного действия ключа на IGBT рассчитывается

также, каки КПД ключа набиполярномтранзисторе:

_{ }U_H U_{К .}

U_H

K

t

T

T/2

IGBT широко используются для изготовления интегральных инверторов - двуполярных ключей, спо- собных формировать положительные или отрицатель- ные импульсы. Трехфазные инверторы применяют для частотной регулировки скорости вращения асинхрон- ных электродвигателей. В таком инверторе переменное трехфазное напряжение сначала выпрямляется, затем формируется три последовательности двуполярных импульсов, сдвинутых друг относительно друга на треть периода. Период импульсов определяет частоту вращения ротора двигателя. Для регулировки мощно- сти используется скважность импульсов, отношение

2t/T. Если посмотреть на реальную осциллограмму напряжений на обмотках двигателя, никаких импульсов там конечно не будет. Индуктивная нагрузка фазовых катушек стато- рапревратит их в три синусоидальных, сдвинутыхпо фазенатреть периода, напряжения.