Силовые модули на MOSFET-транзисторах

Тип Схема UDS, В ID, А RDS(on), мОм PD, Вт
  SKM111AR SKM121AR SKM141 SKM151AR SKM151F SKM181 SKM181F SKM191 SKM191F       8,5  
  SKM214A SKM224A SKM244F SKM254F SKM284F SKM294F          
  SKM651F SKM652F SKM681F SKM682F SKM691F SKM692F       9,5    

 

Несмотря на большие успехи в развитии мощных MOSFET-транзисторов, высоковольтные силовые ключи на их основе по предельным энергетическим показателям уступают биполярным транзисторам. Это определяется относительно высоким сопротивлением открытого канала (табл. 3.4) при рабочих напряжениях более 200 В. Силовые MOSFET-ключи на пониженные напряжения конкурентов не имеют.

Силовые ключи на IGBT-транзисторах(рис. 2.1, ж)являются продуктом развития технологии силовых MOSFET-транзисторов и сочетают в себе достоинства двух транзисторов в одной полупроводниковой структуре: биполярного (высокое рабочее напряжение, большая токовая нагрузка и малое сопротивление во включенном состоянии) и полевого (высокое входное сопротивление и высокое быстродействие). Эквивалентная схема включения двух транзисторов приведена на рис. 3.2 (на схеме соединения эмиттера и стока, базы и истока являются внутренними).

Рис. 3.2. Эквивалентная схема IGBT-транзистора

Коммерческое использование IGBT-началось с середины 80-х годов и уже претерпело шесть стадий (поколений) своего развития . Прогресс в технологии IGBT шел в направлении увеличения рабочих напряжений до 4500 В и токов до 1800 А, а также снижения потерь напряжения до 1,0…1,5 В и повышения эффективности IGBT-ключей за счет снижения потерь мощности в кристалле (рис. 3.3 [12]).

 

Рис. 3.3. Эволюция потерь мощности для различных поколений IGBT в инверторе

Схематичный разрез структуры IGBT показан на рис. 3.4, а; на рис. 3.4, б изображена структура IGBT, выполненного по технологии с вертикальным затвором (trench-gatetechnology), позволяющей уменьшить размеры прибора в несколько раз. Структура IGBT содержит дополнительный p+ слой, в результате чего и образуется p-n-p биполярный транзистор с очень большой площадью, способный коммутировать большие токи. Дополнительный p–n-переход инжектирует дырки в nобласть, что ведет к падению сопротивления этой области и уменьшению падения напряжения на приборе в сравнении с мощным
MOSFET-транзистором.

 

а б

Рис. 3.4. Схематичный разрез элементарных ячеек IGBT:
а – обычного (планарного); б – выполненного по «trench-gatetechnology»

 

Традиционно IGBT используются в тех случаях, когда необходимо работать с высокими токами и напряжениями, и выпускаются как в отдельном исполнении, так и в виде модулей (рис. 3.5) в прямоугольных корпусах с односторонним прижимом и охлаждением и в таблеточном исполнении с двухсторонним охлаждением. Для управления силовыми IGBT-ключами можно использовать те же драйверы, что и для мощных MOSFET-транзисторов.

 

Рис. 3.5. IGBT-модуль фирмы Mistubishi

Напряжение на открытом приборе складывается из напряжения на прямо-смещенном эмиттерном переходе p–n–p-транзистора (диодная составляющая) и падения напряжения на сопротивлении модулируемой n-области (омическая составляющая):

, (3.6)

где – сопротивление MOSFET-транзистора в структуре IGBT (сопротивление эпитаксиального n-слоя); – коэффициент передачи базового тока биполярного p-n-p-транзистора.

В настоящее время для уменьшения падения напряжения на IGBT-транзисторах в открытом состоянии, расширения диапазонов допустимых токов, напряжений и области безопасной работы они изготавливаются по технологии с вертикальным затвором trench-gatetechnology (рис. 3.4, б). При этом размер элементарной ячейки уменьшается в 2…5 раз. По быстродействию силовые IGBT-приборы пока уступают MOSFET-транзисторам, но превосходят биполярные.

Цифро-буквенное обозначение IGBT-транзисторов, выпускаемых компанией International Rectifier, приведено на рис. 3.6.

 

Рис. 3.6. Обозначение IGBT-транзисторов компании IR

 

Типичные значения времени рассасывания накопленного заряда и спада тока при выключении IGBT находятся в диапазонах 0,2…0,4 и 0,2…1,5 мкс соответственно. По частотным свойствам различают приборы IGBT co средней скоростью переключения (StandartSpeed) порядка единиц килогерц, скоростные (FastSpeed) – до 10 кГц, сверхскоростные (UltraFast) – до 60 кГц и IGBT серии Warp – до 150 кГц, сравнимые с MOSFET-транзисторами по скорости переключения.

3.2. Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
И ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ТРАНЗИСТОРНЫХ КЛЮЧЕЙ»

Цель работы: получение переходных характеристик и характеристик насыщения силовых транзисторных ключей, определение по ним статических и динамических параметров, получение навыков по выбору мощных транзисторных ключей для силовых электронных устройств.








Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 2905;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.