Bijna elke moderne persoon heeft op zijn minst gehoord dat transistors op grote schaal worden gebruikt in verschillende elektronische en elektrische apparaten. Experts in elektronica weten dat transistors zijn onderverdeeld in bipolair en veld. Het belangrijkste verschil tussen de twee is dat bipolaire transistors worden aangedreven door een stroom die wordt geleverd aan hun basis, terwijl de veld-enen worden gevoed door spanning, waarvan de potentiaal wordt aangelegd aan de poort ervan elementen.
Er is ook een ander type transistor dat eind jaren 70 werd ontwikkeld. vorige eeuw en heet IGBT. Dit halfgeleiderapparaat combineert de basiskenmerken van een bipolaire transistor en een veldeffecttransistor: het lijkt qua structuur op een bipolair apparaat, maar is spanningsgestuurd. Deze interessante eigenschap wordt bereikt door het feit dat de poort als stuurelektrode geïsoleerd is gemaakt.
IGBT-structuur
Vanuit het oogpunt van zijn interne structuur is de IGBT gemaakt als een samengestelde structuur en is het een combinatie van een veldeffecttransistor en een bipolaire transistor. Het bipolaire deel van de structuur neemt de machtsfuncties over, terwijl het veldelement de controlefuncties uitvoert. De namen van twee elektroden zijn ontleend aan het bipolaire element: de collector en de emitter, en op het veld wordt de stuurelektrode de poort genoemd.
Beide hoofdblokken van de structuur vormen een geheel en zijn met elkaar verbonden zoals weergegeven in figuur 1. Hieruit volgt dat de IGBT-transistor kan worden beschouwd als een ontwikkeling van het bekende Darlington-circuit, gerealiseerd uit twee bipolaire transistors.
Voordelen
Het interactieschema van de belangrijkste blokken die in IGBT-elementen worden gebruikt, maakt het mogelijk om een van de de belangrijkste nadelen van een krachtige bipolaire transistor: een relatief kleine winst in actueel. Aldus wordt bij het construeren van sleutelelementen het vereiste vermogen van de regelcircuits aanzienlijk verminderd.
Het gebruik van een bipolaire structuur in een IGBT-transistor als kracht elimineert het verzadigingseffect, waardoor de reactiesnelheid merkbaar toeneemt. Tegelijkertijd neemt de maximale bedrijfsspanning toe en neemt het vermogensverlies in de toestand af. De meest geavanceerde elementen van dit type schakelen stromen van honderden ampère en de bedrijfsspanning bereikt enkele duizenden volt bij werkfrequenties tot enkele tientallen kHz.
Ontwerp en reikwijdte van IGBT-transistor
In zijn ontwerp, zoals volgt uit figuur 2, heeft de IGBT-transistor een traditioneel ontwerp, ondersteunt directe montage op een radiator, en vereist ook geen wijzigingen in het ontwerp en de installatietechnologie van stroomcircuits elektronica.
Het spreekt voor zich dat IGBT's in modules kunnen worden opgenomen. Een voorbeeld van een ervan wordt getoond in figuur 3.
De aandachtsgebieden van IGBT-toepassingen zijn:
- bronnen van pulstype voeding met gelijkstroom;
- elektrische aandrijfregelsystemen;
- bronnen van lasstroom.
Naast conventionele en onderbrekingsvrije voedingen van verschillende apparatuur, zijn IGBT-transistors aantrekkelijk voor elektrisch vervoer, omdat zorgen voor een zeer nauwkeurige controle van de trekkracht en elimineren schokken die typisch zijn voor mechanisch geregelde systemen wanneer beweging.