Понятие о igbt

При больших токах и высоких напряжениях ис­пользуют специальные комбинированные транзисторы с изолированным затвором, опытные образцы которых появились за рубежом в 80-х г. прошлого века. В таких приборах совмещены сразу два основных элемента - мощный биполярный p-n-p транзистор и управляющий им маломощный полевой транзистор.

Рис. 8.13. Биполярный p-n-p транзистор и n - канальный МДП-транзистор в структуре IGBT

Эти два транзистора соединяют внутри корпуса IGBT так, что сток полевого транзистора соединяют с базой биполярного транзистора, а исток полевого транзистора - с коллектором биполярно­го. Эмиттер встроенного биполярного транзистора играет роль коллектора IGBT, коллектор является эмиттером IGBT, а затвор IGBT соответствует затвору встроенного полевого транзистора. При этом прямое напряжение на открытом ключе складывается из двух компонентов: напряжения на прямосмещенном эмиттерном перехо­де p-n-p транзистора (так называемая диодная составляющая) и паде­ния на сопротивлении проводящего канала и модулируемой n - области (так называемая омическая составляющая). Таким образом, в отличие от МДП-ключа прямое падение напряжения в рассматриваемой структуре, с одной стороны, не может быть меньше, чем пороговое значение диод­ной составляющей, а с другой стороны, оно пропорционально выходному току, умноженному на значительно меньшее промодулированное омиче­ское сопротивление. Поскольку омическая составляющая расположена в базовой цепи p-n-p транзистора, величину модуляции можно рассмат­ривать как уменьшенное в β раз сопротивление эпитаксиального слоя, где β - коэффициент передачи базового тока биполярного тран­зистора.

Разрабатывали IGBT как высо­ковольтные компоненты с большим током коллектора и низким напряжением коллектор-эмиттер в режиме насыщения, так как мощные полевые транзисторы в таких режимах работы обладают большим падением напряжения, а следовательно, выделяют много тепла.

Тиристоры

Тиристором называется управляемый четырех - слойный полупроводниковый прибор, состоящий из последовательно чередующихся областей p и n - типов проводимостей. Тиристоры допустимо классифицировать по мощности. К слаботочным тиристорам можно отнести компоненты с максимально допустимым прямым током до 100 А, а с большим током - к мощным приборам. К низковольтным тиристорам можно отнести приборы с максимальным обратным напряжением до 1,5 кВ, а с большим мак­симальным напряжением - в разряд высоковольтных компонентов.

По конструкции тиристоры подразделяют на табле­точные приборы, штыревые, фланцевые и др. Тиристоры с таблеточной конструкцией корпуса имеют вид круп­ной таблетки или хоккейной шайбы, плоские стороны которой представляют собой металлические электроды анода и катода. Приборы с такой формой позволяют эффективно отводить тепло от полупроводниковой структуры в стороны обоих электродов. Тиристоры со штыревой формой имеют вид бочонка с винтом, выступа­ющим из днища корпуса. Внутри бочонка расположена полупроводниковая структура, из крышки выступают мощный и маломощный электроды, а основание корпуса является вторым силовым электродом, винт, выступаю­щий из корпуса, вкручивают в радиатор. Тиристоры с корпусами фланцевого типа являются редким изделием отечественной промышленности. Корпус таких тиристо­ров похож на корпус штыревого типа, но не содержит винта. Вместо винта у основания корпуса расположена гладкая металлическая плита, которую плотно прижи­мают к охладителю с целью организации отвода тепла от полупроводниковой структуры.

Тиристоры бывают следующих разновидностей:

1. динисторы - диодные тиристоры, или неуправ­ляемые переключательные диоды, имеющие два вывода;

2. тринисторы - управляемые переключательные компоненты, называемые также триодными ти­ристорами, имеющие анод, катод и управляющий электрод;

3. оптронные тиристоры - тиристоры со встроенным в корпус светодиодом. Управляя током светодиода в несколько миллиампер и напряжением в единицы вольт, такие тиристоры способны коммутировать токи в сотни ампер;

4. симисторы - это симметричные тиристоры, т. е. тиристоры с симметричной вольтамперной характе­ ристикой.