IGBTトランジスタ
絶縁ゲートを備えたバイポーラ トランジスタは、比較的最近登場した新しいタイプのアクティブ デバイスです。その入力特性は電界効果トランジスタの入力特性に似ており、出力特性はバイポーラの出力特性に似ています。
文献では、このデバイスは IGBT (絶縁ゲートバイポーラトランジスタ) と呼ばれています...速度の点では、それは大幅に優れています バイポーラトランジスタ... ほとんどの場合、IGBT トランジスタはパワー スイッチとして使用され、ターンオン時間は 0.2 ～ 0.4 μs、ターンオフ時間は 0.2 ～ 1.5 μs、スイッチ電圧は 3.5 kV に達し、電流は 1200 A になります。 。
IGBT-T トランジスタは高電圧変換回路のサイリスタを置き換え、定性的に優れた特性を備えたパルス二次電源の作成を可能にします。 IGBT-T トランジスタは、1 kV を超える電圧と数百アンペアの電流を伴う高出力連続電力システムの電気モーターを制御するためのインバーターに広く使用されています。これは、ある程度、数百アンペアの電流が流れるオン状態では、トランジスタの両端の電圧降下が 1.5 ～ 3.5 V の範囲にあるという事実によるものです。
IGBT トランジスタの構造 (図 1) からわかるように、IGBT は pn-p トランジスタが n チャネル MOS トランジスタによって制御されるかなり複雑なデバイスです。
IGBT トランジスタのコレクタ (図 2、a) は VT4 トランジスタのエミッタです。正の電圧がゲートに印加されると、トランジスタVT1は導電チャネルを有する。それを介して、IGBT トランジスタのエミッタ (VT4 トランジスタのコレクタ) が VT4 トランジスタのベースに接続されます。
これにより、完全にロックが解除され、IGBT トランジスタのコレクタとそのエミッタ間の電圧降下は、VT4 トランジスタのエミッタ接合における電圧降下と VT1 トランジスタの両端の電圧降下 Usi を合計したものと等しくなります。
p-n 接合の電圧降下は温度の上昇とともに減少するため、ロックされていない IGBT トランジスタの電圧降下は、特定の電流範囲で負の温度係数を持ち、大電流では正の温度係数になります。したがって、IGBT の両端の電圧降下はダイオード (VT4 エミッタ) のしきい値電圧を下回ることはありません。
米。 2. IGBT トランジスタの等価回路 (a) と国内文献 (b) および海外文献 (c) におけるその記号
IGBT トランジスタに印加される電圧が増加すると、チャネル電流が増加し、これによって VT4 トランジスタのベース電流が決まりますが、IGBT トランジスタの両端の電圧降下は減少します。
トランジスタＶＴ１がロックすると、トランジスタＶＴ４の電流が小さくなるため、ロックしているとみなせる。アバランシェ降伏が発生したときにサイリスタの典型的な動作モードを無効にするために追加の層が導入されています。バッファ層 n + と広いベース領域 n- により、p — n — p トランジスタの電流利得が減少します。
オンとオフのスイッチングの一般的な状況は、電荷キャリアの移動度、構造内に存在する p — n — p および n — p — n トランジスタの電流伝達係数の変化、トランジスタの抵抗の変化があるため、非常に複雑です。地域など。原理的には、IGBT トランジスタはリニア モードで動作するために使用できますが、主にキー モードで使用されます。
この場合、スイッチ電圧の変化は図に示す曲線によって特徴付けられます。
米。 3. IGBTトランジスタの電圧降下Ukeと電流Icの変化
米。 4. IGBT型トランジスタの等価図(a)とその電流電圧特性(b)
研究によると、ほとんどの IGBT トランジスタのターンオン時間とターンオフ時間は 0.5 ～ 1.0 μs を超えないことがわかっています。追加の外部部品の数を減らすために、IGBT トランジスタにダイオードが導入されるか、いくつかの部品で構成されるモジュールが作成されます (図 5、a ～ d)。
米。 5. IGBT トランジスタのモジュールの記号: a — MTKID; b — MTKI。 c — M2TKI; d — MDTKI
IGBT トランジスタの記号には次のものが含まれます。 文字 M — 無電位モジュール (ベースが絶縁されている)。 2 — キーの数。文字 TCI — 絶縁カバー付きバイポーラ。 DTKI — 絶縁ゲート付きダイオード/バイポーラ トランジスタ。 TCID — バイポーラ トランジスタ / 絶縁ゲート ダイオード;数値: 25、35、50、75、80、110、150 — 最大電流。数字: 1、2、5、6、10、12 — コレクタとエミッタ間の最大電圧 Uke (* 100V)。たとえば、MTKID-75-17 モジュールには UKE = 1700 V、I = 2 * 75A、UKEotk = 3.5 V、PKmax = 625 W があります。
技術科学博士、L.A. ポタポフ教授