Takmer každý moderný človek aspoň počul, že tranzistory sa široko používajú v rôznych elektronických a elektrických zariadeniach. Odborníci na elektroniku vedia, že tranzistory sa delia na bipolárne a poľné. Hlavný rozdiel medzi nimi je ten, že bipolárne tranzistory sú poháňané prúdom, ktorý je dodávaný na ich základňu, zatiaľ čo poľné sú napájané napätím, ktorého potenciál je aplikovaný na ich bránu prvkov.
Existuje tiež iný typ tranzistora, ktorý bol vyvinutý na konci 70. rokov. minulého storočia a volá sa IGBT. Toto polovodičové zariadenie kombinuje hlavné charakteristiky bipolárneho tranzistora a tranzistora s efektom poľa: má podobnú štruktúru ako bipolárne zariadenie, ale je riadené napätím. Táto zaujímavá vlastnosť je dosiahnutá skutočnosťou, že brána ako riadiaca elektróda je izolovaná.
Štruktúra IGBT
Z hľadiska svojej vnútornej štruktúry je IGBT vyrobený ako kompozitná štruktúra a je kombináciou tranzistora s efektom poľa a bipolárneho tranzistora. Bipolárna časť štruktúry preberá výkonové funkcie, zatiaľ čo prvok poľa implementuje riadiace funkcie. Názvy dvoch elektród sa požičiavajú od bipolárneho prvku: kolektor a vysielač a na poli - riadiaca elektróda sa nazýva brána.
Oba hlavné bloky štruktúry tvoria jeden celok a sú vzájomne prepojené, ako je to znázornené na obrázku 1. Z neho vyplýva, že IGBT tranzistor možno považovať za vývoj známeho Darlingtonovho obvodu, implementovaného z dvoch bipolárnych tranzistorov.
Výhody
Schéma interakcie jeho hlavných blokov použitých v prvkoch IGBT umožňuje vylúčiť jeden z hlavné nevýhody silného bipolárneho tranzistora: relatívne malý zisk v prúd. Pri konštrukcii kľúčových prvkov sa teda významne zníži požadovaný výkon riadiacich obvodov.
Použitie bipolárnej štruktúry v IGBT tranzistore ako sily eliminuje saturačný efekt, ktorý znateľne zvyšuje rýchlosť jeho odozvy. Súčasne sa zvyšuje maximálne prevádzkové napätie a klesá výkonová strata v zapnutom stave. Najpokročilejšie prvky tohto typu prepínajú prúdy stoviek ampérov a prevádzkové napätie dosahuje niekoľko tisíc voltov pri pracovných frekvenciách až do niekoľkých desiatok kHz.
Dizajn a rozsah IGBT tranzistora
Svojim dizajnom, ako vyplýva z obrázku 2, má IGBT tranzistor tradičný dizajn, podporuje priama montáž na radiátor a taktiež nevyžaduje zmeny v konštrukcii a technológii inštalácie výkonových obvodov elektronika.
Je samozrejmé, že IGBT môžu byť zabudované do modulov. Príklad jedného z nich je uvedený na obrázku 3.
Oblasti zamerania tranzistora IGBT sú:
- zdroje impulzného typu jednosmerného napájacieho zdroja;
- elektrické riadiace systémy pohonu;
- zdroje zváracieho prúdu.
Spolu s konvenčnými a neprerušiteľnými zdrojmi napájania rôznych zariadení sú tranzistory IGBT atraktívne pre elektrickú dopravu, pretože umožňujú vysoko presné riadenie ťažnej sily a eliminujú trhnutia typické pre mechanicky riadené systémy, keď pohyb.