Почти всеки съвременен човек е чувал поне, че транзисторите се използват широко в различни електронни и електрически устройства. Експертите в електрониката знаят, че транзисторите са разделени на биполярни и полеви. Основната разлика между двете е, че биполярните транзистори се задвижват от ток, който се захранва към тяхната основа, докато полевите се захранват от напрежение, чийто потенциал се прилага към портата им елементи.
Съществува и друг тип транзистор, който е разработен в края на 70-те. миналия век и се нарича IGBT. Това полупроводниково устройство съчетава основните характеристики на биполярен транзистор и транзистор с полеви ефект: той е подобен по структура на биполярно устройство, но се контролира по напрежение. Това интересно свойство се постига поради факта, че портата като управляващ електрод е направена изолирана.
IGBT структура
От гледна точка на вътрешната си структура IGBT е направен като композитна структура и е комбинация от транзистор с полеви ефект и биполярен транзистор. Биполярната част на структурата поема силовите функции, докато полевият елемент изпълнява контролните функции. Имената на два електрода са взаимствани от биполярния елемент: колектор и излъчвател, а на полето - управляващият електрод се нарича порта.
И двата основни блока на структурата образуват едно цяло и са свързани помежду си, както е показано на фигура 1. От него следва, че IGBT транзисторът може да се счита за разработка на добре познатата схема на Дарлингтън, реализирана от два биполярни транзистора.
Ползи
Схемата на взаимодействие на основните му блокове, използвани в IGBT елементи, позволява елиминиране на един от основните недостатъци на мощен биполярен транзистор: относително малка печалба в текущ. По този начин, при конструирането на ключови елементи, необходимата мощност на управляващите вериги е значително намалена.
Използването на биполярна структура в IGBT транзистор като сила елиминира ефекта на насищане, което значително увеличава скоростта му на реакция. В същото време се увеличава максималното работно напрежение и намалява загубата на мощност в състояние. Най-модерните елементи от този тип превключват токове от стотици ампери, а работното напрежение достига няколко хиляди волта при работни честоти до няколко десетки kHz.
Дизайн и обхват на IGBT транзистор
В своя дизайн, както следва от фигура 2, IGBT транзисторът има традиционен дизайн, поддържа директен монтаж на радиатор, а също така не изисква промени в дизайна и инсталационната технология на силови вериги електроника.
От само себе си се разбира, че IGBT могат да бъдат включени в модули. Пример за един от тях е показан на фигура 3.
Основните области на IGBT приложенията са:
- източници на импулсен тип захранване с постоянен ток;
- системи за управление на електрическо задвижване;
- източници на заваръчен ток.
Заедно с конвенционалните и непрекъсваеми захранвания на различно оборудване, IGBT транзисторите са привлекателни за електрически транспорт, тъй като позволяват високо прецизен контрол на тяговото усилие и елиминират резки, типични за механично управлявани системи, когато движение.