5.3 Управление мощными полевыми транзисторами

Мощные полевые транзисторы — международное общепринятое название М0SFЕТ — находят широчайшее применение в выходных каскадах устройств силовой элект­роники, уступая только некоторые области биполярным транзисторам (БТ) и би­полярным транзисторам с изолированным затвором (международный термин IGBT).

Цепи управления М0SFЕТ являются гораздо более простыми, дешевыми, лег­ко воспроизводимыми по сравнению с аналогичными цепями биполярных транзи­сторов.

5.4 Транзистор igbt в качестве ключа

Транзистор IGВТ представляет собой кремниевый гибрид, составленный из мощного полевого МОП-транзистора на выводе затвора и «неблокируемого» тринистора (silicon controlled rectifier, SCR) между выводами коллектора и эмиттера. Его внутренняя схема показана на рисунке 22.

Рисунок22 – Внутренная схема транзистора IGBT

Преимущество транзистора IGBT перед полевым МОП-транзистором заключается в экономии площади кремниевого кристалла и его характеристиках тока через биполярный коллектор. Кроме того, у транзистора IGBT есть два недостатка: высокое напряжение насыщения из-за наличия двух последовательных p–n-переходов и то, что он может иметь длинный «хвост» выключения, который добавляется к потерям переключения. «Хвостовые» потери ограничивают частоту переключения до менее чем 20 кГц. Это делает такой транзистор идеальным для приводов двигателей промышленной электроники, где частота переключений чуть выше диапазона звуковых частот, воспринимаемых человеком.

Транзисторы IGBT были целью многих исследований, проведенных компаниями-производителями полупроводников, и указанный временной «хвост» был существенно укорочен. Первоначально этот промежуток составлял около 5 мкс, а на сегодняшний день он составляет лишь около 100 нс и продолжает уменьшаться. Уровень напряжения насыщения также был улучшен: примерно от 4 В до менее чем 2 В. Хотя это проблема для низковольтных преобразователей постоянного тока в постоянный, но для автономных и промышленных преобразователей большой мощности применение IGBT очень привлекательно. По личному мнению автора, транзисторы IGBT можно применять для преобразователей с уровнем входного напряжения выше 220 В AC и мощностью 1 кВт.

Управление транзисторами IGBT идентично управлению полевыми МОП-транзисторами. Они имеют подобные характеристики управления затвором, а схема драйвера МОП-транзистора очень хорошо работает и с транзистором IGBT.

5.5 Драйверы управления мощными транзисторами

Драйверы — микросхемы управления, связывающие различные контроллеры и ло­гические схемы с мощными транзисторами выходных каскадов преобразователей или устройств управления двигателями. Драйверы, обеспечивая передачу сигналов, должны вносить по возможности небольшую временную задержку, а их выходные каскады должны выдерживать большую емкостную нагрузку, характерную для зат­ворных цепей транзисторов. Вытекающий и втекающий токи выходного каскада должны составлять от 0,5 до 2 А или более.

Драйверы могут выполнять логические функции, обеспечивать защиту управ­ляемых транзисторов (УТ) и передавать сигналы о неисправностях. Ниже рассмат­ривается несколько разновидностей современных драйверов.