Téměř každý moderní člověk alespoň slyšel, že tranzistory jsou široce používány v různých elektronických a elektrických zařízeních. Odborníci na elektroniku vědí, že tranzistory se dělí na bipolární a polní. Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma je, že bipolární tranzistory jsou poháněny proudem, který je dodáván na jejich základnu, zatímco polní jsou napájeny napětím, jehož potenciál je aplikován na jejich bránu elementy.
Existuje také další typ tranzistoru, který byl vyvinut na konci 70. let. minulého století a nazývá se IGBT. Toto polovodičové zařízení kombinuje základní charakteristiky bipolárního tranzistoru a tranzistoru s efektem pole: má podobnou strukturu jako bipolární zařízení, ale je řízeno napětím. Této zajímavé vlastnosti je dosaženo tím, že brána jako řídicí elektroda je izolována.
Struktura IGBT
Z hlediska své vnitřní struktury je IGBT vyroben jako kompozitní struktura a je kombinací tranzistoru s efektem pole a bipolárního tranzistoru. Bipolární část struktury přebírá výkonové funkce, zatímco prvek pole implementuje řídicí funkce. Názvy dvou elektrod jsou vypůjčené z bipolárního prvku: kolektor a emitor a na poli - řídicí elektroda se nazývá brána.
Oba hlavní bloky struktury tvoří jeden celek a jsou vzájemně propojeny, jak je znázorněno na obrázku 1. Z toho vyplývá, že IGBT tranzistor lze považovat za vývoj známého Darlingtonova obvodu implementovaného ze dvou bipolárních tranzistorů.
Výhody
Schéma interakce jeho hlavních bloků použitých v prvcích IGBT umožňuje vyloučit jeden z hlavní nevýhody výkonného bipolárního tranzistoru: relativně malý zisk v proud. Při konstrukci klíčových prvků je tedy podstatně snížen požadovaný výkon řídicích obvodů.
Použití bipolární struktury v IGBT tranzistoru jako síly eliminuje účinek nasycení, což znatelně zvyšuje jeho rychlost odezvy. Současně se zvyšuje maximální provozní napětí a snižuje se ztráta napájení v zapnutém stavu. Nejpokročilejší prvky tohoto typu spínají proudy stovek ampérů a provozní napětí dosahuje několik tisíc voltů při provozních frekvencích až několik desítek kHz.
Konstrukce a rozsah IGBT tranzistoru
Ve své konstrukci, jak vyplývá z obrázku 2, má tranzistor IGBT tradiční design, podporuje přímá montáž na radiátor a rovněž nevyžaduje změny v konstrukci a technologii instalace výkonových obvodů elektronika.
Je samozřejmé, že IGBT lze začlenit do modulů. Příklad jednoho z nich je uveden na obrázku 3.
Oblasti zaměření IGBT aplikací jsou:
- zdroje pulzního typu napájení stejnosměrným proudem;
- systémy řízení elektrického pohonu;
- zdroje svařovacího proudu.
Spolu s konvenčními a nepřerušitelnými napájecími zdroji různých zařízení jsou tranzistory IGBT atraktivní pro elektrickou dopravu, protože umožňují vysoce přesné řízení tažné síly a eliminují trhnutí typické pro mechanicky ovládané systémy, když hnutí.