Вимкнення за допомогою подачі напруги на керувальний електрод (за допомогою струму керування)

Для вимкнення тиристора необхідно відвести нерівноважні носії заряду з бази, з’єднаної з керувальним електродом. Анодний струм, що протікає через ще відкритий тиристор, постійно поповнює кількість нерівноважних носіїв заряду в базах. Тому значення струму керування (викликаного напругою на керувальному електроді зворотної полярності), необхідне для вимкнення тиристора, залежить від значення анодного струму через тиристор (рис. 5.9).

Рисунок 5.9 – Залежність зворотного струму керування, необхідного для вимкнення тиристора, від прямого анодного струму

5.3 Біполярні транзистори з ізольованим затвором

У другій половині 80-х років з'явилася ідея створення комбінованого силового біполярного транзистора з МОН - керуванням на вході, названого в закордонних публікаціях IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), тобто БТІЗ - біполярний транзистор з ізольованим затвором. Прообразом БТІЗ є схема складеного транзистора на комплементарних біполярних транзисторах – схема Шиклаї (рис. 5.10). Тип провідності конструкції (рис. 5.10) у цілому визначається типом провідності VT1.

Рисунок 5.10 – Схема Шиклаї

Структурне ввімкнення транзистора у такому складанні і умовне його позначення, показані на рис. 5.11 а та 5.11 б, відповідно.

а) б)

Рисунок 5.11 – Транзистор БТІЗ: а) структурна схема, б) умовне позначення

Транзистори БТІЗ були виготовлені закордонними фірмами у 1992 році. БТІЗ - транзистор являє собою р-n-р- структуру, керовану від низьковольтного МОН транзистора з індукованим каналом. Отримана структура із транзисторів VT1 і VT2 має внутрішній позитивний зворотний зв'язок, оскільки струм колектора VT2 впливає на струм бази VT1 і навпаки. Коефіцієнти передачі струму емітера транзисторів VT1 і VT2 відповідно рівні і .

,, .

Таким чином, струм стоку польового транзистора

При + 1 еквівалентна крутизна БТІЗ значно збільшується. Коефіцієнти і регулюються резисторами R₁ і R₂ на стадії виготовлення транзистора. На сьогоднішній день поки ще немає відомостей про транзистори БТІЗ n-p-n - типу провідності.

Важливим позитивом БТІЗ (IGBT) є значне зниження послідовного опору силового ланцюга в відритому стані, що приводить до зниження теплових втрат на замкнутому ключі. Перевантажувати IGBT транзистор по напрузі не допускається, але по струму він витримує 7-10 - кратне короткочасне навантаження. Оскільки струм стоку низьковольтного МОН транзистора становить лише невелику частину струму навантаження (у вихідного біполярного транзистора ), то розміри його порівняно невеликі, і він має набагато менші відповідні ємності затвора, ніж МОН ПТ.

Пробивна вхідна напруга БТІЗ теоретично становить близько 80 В, але для забезпечення надійності роботи в довідкових даних практично всіх фірм виробників БТІЗ зазначене значення, що дорівнює 20 В. При роботі із транзисторами необхідно стежити, щоб напруга «затвор-емітер» не перевищувала ±20 В.

Ввімкнення транзистора БТІЗ (рис. 5.11 а) виконується таким чином. Поки напруга «затвор-емітер» дорівнює нулю, транзистор закритий. Час початку відмикання транзистора збігається з моментом досягнення напругою на затворі порогового рівня. Напруга на затворі БТІЗ, при якому вхідний МОН - транзистор і вихідний біполярний починають відмикатися, становить від 3,5 до 6,0 В, і гарантована напруга, при якій транзистор повністю відкритий, тобто може пропускати максимально допустимий струм через колектор-емітерний перехід, становить від 8 В до граничного значення 20 В.

У силу дії внутрішнього позитивного зворотного зв’язку, транзистор різко, подібно компаратору, відкривається. Процес закривання транзистора протікає не так швидко, як відмикання. Після подачі запираючого імпульсу на затвор транзистор закривається не відразу, а з деякою задержкою, яка визначається часом «розсмоктування» неосновних носіїв у базі р-n-р - транзистора.

Максимальний струм, який можуть комутувати сучасні БТІЗ, 7-100 А, а допустимий імпульсний струм, як правило, в 2,5-3 рази перевищує максимальний. Для більших потужностей випускають модулі, які складаються з декількох транзисторів. Граничні струми таких модулів до 1000 А. Пробивна напруга БТІЗ – 400-2500 В. Основні параметри деяких БТІЗ подані в табл. 5.2, модулів - у табл. 5.3, у яких взяті такі позначення:

– напруга «колектор-емітер»;

– напруги «колектор-емітер» відкритого транзистора;

- постійний струм колектора;

Р - максимальна розсіювана потужність.

Таблиця 5.2

Тип елемента	, В	, В	, А при Т=25º С	, А при Т=100ºС	Р, Вт
IRG4BC30FD		1,6
IRGBC30MD2		3,9
IRG4PC30FD		1,6

Напруга «колектор-емітер» відкритого транзистора 1,5-4 В, залежно від типу, струму і граничної напруги БТІЗ, в однакових режимах. Для різних типів приладів напруга на переході відкритого транзистора тим вища, чим вищі пробивна напруга і швидкість перемикання.

Таблиця 5.3

Тип елемента	, В	, В	, А при Т=25ºС	, А при Т=100ºС	Р, Вт
IRGDDN300M06		3,0
IRGDDN400M06		3,0
IRGDDN600M06		3,7

Унаслідок низького коефіцієнта підсилення вихідного біполярного транзистора БТІЗ захищений від вторинного пробою, і що особливо важливо для імпульсного режиму, він має прямокутну область безпечної роботи.

Зі зростанням температури напруга «колектор-емітер» транзистора збільшується, це дає можливість умикати прилади паралельно до загального навантаження й збільшувати сумарний вихідний струм. Залежність максимально допустимого струму колектора від температури корпусу БТІЗ транзистора показані на рисунку 5.12.

Так само, як МОН ПТ, БТІЗ мають ємності «затвор-колектор», «затвор-емітер», «колектор-емітер». Величини цих ємностей, як правило, в 2-5 разів нижчі, ніж у МОН ПТ із аналогічними граничними параметрами. Це пов'язане з тим, що в БТІЗ на вході розміщений малопотужний МОН-транзистор, який потребує для керування в динамічних режимах меншу потужність.

Рисунок 5.12 – Залежність І_{к max} від температури корпусу для транзистора IRG4BС30F

Істотною перевагою БТІЗ є те, що біполярний транзистор у структурі не насичується, тому не має часу на розсмоктування. Однак при зменшенні напруги на затворі струм через силові електроди ще проходить протягом від 80 - 200 нс до одиниць мікросекунд залежно від типу приладу. Зменшити ці тимчасові параметри неможливо, тому що база р-n-р - транзистора недоступна.

БТІЗ порівняно з МОН ПТ мають такі переваги:

- економічність керування, пов'язана з меншою ємністю затвора, і, відповідно, динамічними втратами на керування;

- висока густина струму у колі між емітером і колектором така сама, як і у біполярному транзисторі;

- менші втрати в режимах імпульсних струмів;

- практично прямокутна область безпечної роботи;

- можливість паралельного сполучення транзисторів з загальним навантаженням;

- динамічні характеристики останніх транзисторів наближаються до МОН ПТ.

БТІЗ транзистори класифікуються за наступними категоріями:

- W – (warp speed) – 75…150 кГц;

- U – (ultra fast speed) – 10…75 кГц;

- F – (fast speed) – 3…10 кГц;

- S – (standart speed) – 1…3 кГц.

Наприклад, залежність струму колектора БТІЗ від частоти для транзистора IRGPC5OUD2 показана на рис. 5.13.

Рисунок 5.13 – Залежність струму колектора від частоти

Як бачимо з рисунка, на частотах роботи транзисторів більше 10 кГц струм колектора зменшується більш ніж удвічі.

Основним недоліком БТІЗ є великий час вимикання, що обмежує частоти перемикання до 40 - 100 кГц навіть у самих швидкодіючих транзисторів, крім того, зі зростанням частоти необхідно зменшувати струм колектора. МОН ПТ і БТІЗ транзистори - прилади, які керуються напругою.

Фірми-виробники силових напівпровідників випускають драйвери керування, які узгоджують малопотужну схему керування з вихідними транзисторами верхнього й нижнього плечей силового інвертора. Вихідні каскади цих драйверів виконуються, як правило, у вигляді двотактних підсилювачів потужності на польових транзисторах, що забезпечують імпульсний вихідний струм до 2 А.

⇐ Предыдущая 43 44 45 46 474849 50 51 52 Следующая ⇒