Силови транзистори

Основни класове мощни транзистори

Транзисторът е полупроводниково устройство, съдържащо две или повече връзки n-n и може да работи както в усилвателни, така и в основни режими.

При електрозахранването, транзисторите се използват като 100% контролирани ключове. В зависимост от управляващия сигнал транзисторът може да бъде затворен (с ниска проводимост) или в състояние на открито (висока проводимост).

В затворено състояние транзисторът може да издържи на директното напрежение, определено от външните схеми, докато токът на транзистора има малка стойност.

В отворено състояние транзисторът провежда постоянен ток, определен от външните схеми, докато напрежението между силовите клеми на транзистора не е достатъчно. Транзисторите не могат да провеждат ток в обратна посока и не могат да издържат обратно напрежение.

Съгласно принципа на действие, се разграничават следните основни класове мощни транзистори:

• биполярни транзистори,

• транзистори с полеви ефект, сред които най-широко използваните транзистори от типа метало-оксид-полупроводник (MOSFET) (транзистор с полупроводникови полеви ефекти на MOSFET)

• транзистори с полево действие с транзистори с р-n-junction или SIT транзистори,

• биполярни транзистори с изолирана порта (IGBT) (IGBT - изолиран портал биполярен транзистор).

Биполярни транзистори

Биполярни транзистори се състоят от три слоя полупроводникови материали с различни видове проводимост. В зависимост от реда на редуване на слоевете на структурата, се различават транзисторите на р-р-р и р-р-n. Сред силовите транзистори, транзисторите на n-p-p тип стават широко разпространени (фиг.1, а).

Средният слой на конструкцията се нарича основата (В), външният слой, впръскващата (вградена) среда - емитер (Е), който събира носителите - колектора (С). Всеки от слоевете - основа, емитер и колектор - има терминал за връзка с елементите на електронната верига и външните схеми. MOSFET транзистори. Принципът на работа на MOSFET се основава на промяната в електропроводимостта на диелектричната и полупроводникова граница под влияние на електронното поле.

От структурата на транзистора са следните заключения: вратата (G), източник (S), се изсушава (D), е също извежда от субстрат (В), обикновено се свързва към източник (Фигура 1 б,.).

Основната разлика между MOSFET и биполярни транзистори е, че те се контролират от напрежението (областта, създадена от това напрежение), а не от тока. Основните процеси в MOSFET се основават на един тип носител, който увеличава скоростта им.

Допустимите стойности на включените токове на MOSFETs зависят значително от напрежението. При токове до 50 А допустимото напрежение обикновено не надвишава 500 V при честота на превключване до 100 kHz.

Коремни транзистори

Това е един вид транзистори с полево въздействие с контролен п-n-съединител (Фиг.6.6., С). Работната честота на транзисторите SIT обикновено не надвишава 100 kHz при напрежение на комутируеми вериги до 1200 V и токове до 200-400 A.

IGBT транзистори

Стремежът да се свържат в един транзистор положителните характеристики на биполарните и полеви транзистори доведоха до създаването на IGBT транзистор (фиг.1, d).

IGBT - транзисторът има ниски загуби на мощност в състояние "on" като биполярен транзистор и най-висока входна съпротива на управляващата верига, присъща на транзистора на полевия ефект.

Фиг. 1. Подобни графични символи транзистори: а) - биполярен транзистор п-PN-типово б) - MOSFET транзистор канал п-типово C) - SIT-транзистор контрол perehodom- PN-д) - IGBT- транзистор.

Превключващите напрежения на IGBT - транзистори, както и биполярни, са по-малки от 1200 V, а граничните стойности на токовете достигат няколкостотин ампера при честота от 20 kHz.

Горепосочените свойства причиняват поле на въвеждане на различни видове мощни транзистори в съвременните електрически устройства. Обикновено се използват биполярни транзистори, чийто основен дефект е консумацията на значителен ток в основата, който постига огромен краен етап на контрол и води до намаляване на ефективността на устройството като цяло.

След това транзистори с полеви ефекти бяха разработени, по-бързи и по-малко консумирани от системата за управление. Основният недостатък на MOSFETs е огромната загуба на мощност от потока от ток на мощността, който се определя от особеността на статичната I-V характеристика.

В близко бъдеще водещата позиция в областта на внедряването е заета от IGBT - транзистори, комбинирайки предимствата на биполярни и полеви транзистори. Ограничената мощност на транзисторите SIT е сравнително малка, затова не намери широко приложение в силовата електроника.

Осигуряване на безопасна работа на силови транзистори

Основното условие за надеждна работа на силовите транзистори е да се гарантира, че OBR отговарят както на статичните, така и на динамичните волтаприемни характеристики, определени от определени критерии за ефективност.

Ограниченията, които определят OBR на силовите транзистори са:

• много приемлива стойност на тока на колектора (изтичане)

• допустимата стойност на мощността, разсеяна от транзистор-

• много приемлива стойност на напрежението колектор-излъчвател (изходен източник) -

В импулсните режими на работа на силовите транзистори границите на OBR се увеличават значително. Това се обяснява с инерцията на топлинните процеси, причиняващи прегряване на полупроводниковата структура на транзисторите.

Динамичните I-V характеристики на транзистора се определят почти изцяло от параметрите на комутиращото натоварване. Например, изключването на интензивно индуктивно натоварване причинява свръхнапрежение на основния елемент. Тези свръхнапрежения се определят от ЕМФ на самоиндуктивност Um = -Ldi / dt, която се получава в индуктивния компонент на товара, когато токът се разпада до нула.

За изключване или ограничаване на свръхнапрежение, при превключване на интензивно натоварване се използват различни схеми за формиране на превключваща пътека (CFT), което позволява формирането на желаната схема на превключване. В обикновен случай, той може да бъде диод, който избягва интензивно индуктивния товар или RC верига, свързани паралелно с дренажа и източника на MOSFET.