Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ — IGВТ, Insulated Gait Bipolar Transistor) представляет собой составной транзистор (см. рис. 13.17) с МДП-транзистором в цепи управления. При этом сочетаются положительные качества биполярного транзистора большой мощности (большие допустимые значения коммутируемых напряжений, малые потери в режиме насыщения при больших токах) и МДП-транзистора (высокая скорость
о-
З
к
Ulи/э з
б
о
Оэа = Ю В
2
4
6 t/K3, В
Рис. 13.27
Рис. 13.28
переключения, малая мощность управления). На рис. 13.27, а и б приведены условное обозначение и типовая конструкция БТИЗ. Работу БТИЗ определяют статические коллекторные характеристики (рис. 13.28).
Параллельное соединение на одном кристалле площадью до 6 см2 большого числа (до нескольких миллионов на 1 см2) транзисторных структур и последующего последовательного и параллельного соединения кристаллов используется в модулях БТИЗ. Выпускаются модули БТИЗ на токи до 2400 А, коммутируемые напряжения до 6500 В и частоту переключения до 150 кГц.
Недостатками БТИЗ является их чувствительность к перенапряжениям между коллектором и эмиттером и перегрузкам по току.
Полевые транзисторы с изолированным затвором, т. е. МДП-транзисторы и модули на их основе, имеют относительно БТИЗ меньшие значения токов (до 200 А) и коммутируемых напряжений (до 400 В), но большие частоты переключения (до 1 МГц) и малые сопротивления при включенном состоянии (до 10"3 Ом).
Малая мощность управления позволяет создавать полностью управляемые транзисторные ключи для энергетической электроники, в которых на одном кристалле размещаются силовые элементы, схемы их включения, выключения и защиты, а также схемы диагностики, управления и регулирования нагрузки. Такие транзисторные ключи получили название интеллектуальных (IPM — intelligent power module).
Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями и тремя или более последовательно включенными р-п-переходами, которые могут переключаться из закрытого
13.7. Тиристоры
/
e(h)/R
Анод
Pi пі Pi "і
0 e(tx) ивкле(Ь) и
Рис. 13.29
состояния в открытое, и наоборот. Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чередующимися слоями полупроводников р- и «-типов (рис. 13.29).
Различают управляемые, или триодные, и неуправляемые, или диодные, тиристоры.
Диодный тиристор имеет два вывода — анодный и катодный. Его переключение из одного устойчивого состояния в другое в цепи переменного тока определяется методом нагрузочной характеристики (см. рис. 2.32). Здесь и в дальнейшем примем, что BAX тиристоров безынерционные, т.е. 1(U) = IxU). При плавном увеличении от нулевого значения ЭДС е = En sin со/ диодный тиристор сначала будет закрыт и ток в цепи мал (точка / на ВАХ, см. рис. 13.29). В точке 2 BAX диодного тиристора напряжение на нем достигнет напряжения включения U = ивкл. Дальнейшее даже незначительное увеличение ЭДС е приведет к резкому изменению режима работы цепи (точка 3 на ВАХ), т.е. включению диодного тиристора. При уменьшении ЭДС е процессы в цепи протекают в обратном порядке. В точке 4 BAX напряжение достигнет напряжения выключения. Дальнейшее уменьшение ЭДС е приводит к выключению диодного тиристора.
Находят применение также симметричные диодные тиристоры, условное обозначение и BAX которых приведены на рис. 13.30. Рис. 13.30
УЭ
+
/
Анод о———
Pl Щ Pl »2 —
Катод
УЭ
t/v
Анод Катод
U
С
о
Рис. 13.31
Триодный тиристор (тиристор) кроме анодного и катодного выводов имеет еще вывод управляющего электрода (УЭ), который подключается либо к ближайшей к катоду /^-области, либо к ближайшей к аноду и-области. В соответствии с этим различают катодное и анодное управление тиристором. Первое более распространено. Структура тиристора с катодным управлением, его условное обозначение и BAX приведены на рис. 13.31.
При изменении напряжения управления Uyn изменяется и напряжение включения тиристора ?/вкл. Следовательно, его можно использовать как управляемый ключ.
Для выключения триодного тиристора необходимо уменьшить его ток практически до нуля и затем в течение некоторого времени приложить напряжение U< 0.
Основной недостаток триодных тиристоров — возможность самопроизвольного включения при отсутствии напряжения управления Uyn = 0, но высокой скорости увеличения напряжения меж-
OU .
ду анодом и катодом -> 0.
d/
Это объясняется увеличением токов через емкости р-п-перехо-дов. Самопроизвольное включение триодного тиристора может произойти также при его нагреве в результате термогенерации носителей зарядов (см. рис. 13.3).
Запираемые триодные тиристоры являются разновидностью управляемых тиристоров, в которых запирание возможно за счет коротких по длительности импульсов напряжения Uyn обратной полярности. Их условное обозначение приведено на рис. 13.32, аи б для катодного и анодного управлений соответственно.
Тиристоры только с управляемым включением называются од-нооперационными; тиристоры с управляемым включением и выключением — двухоперационными.
