Tranzistori IGBT
(1 501)Tranzistorii IGBT, sau tranzistorii bipolari cu poartă izolată, aparțin unei familii de elemente semiconductoare. Acestea sunt utilizate pentru a controla curenții de mare putere, adică tensiune și/sau curent ridicat. Datorită caracteristicilor și avantajelor lor incontestabile, IGBT-urile sunt utilizate, printre altele, în invertoare, adică dispozitive alimentate cu curent continuu, dar care generează la ieșire un curent alternativ controlat în frecvență. IGBT-urile sunt folosite și în alte echipamente electrice (cum ar fi convertoare, redresoare, aparate de sudură), dar și în amplificatoare audio sau în mașini electrice. Exemplele enumerate sunt doar câteva dintre aplicațiile posibile ale acestor componente electronice extrem de utile.
Construcția și caracteristicile tranzistorilor IGBT
Tranzistorii IGBT sunt componente electronice cu trei fire care, la fel ca și tranzistorii bipolare obișnuiți, au un colector și un emitor, dar în loc de bază, transistoarele IGBT sunt echipate cu o poartă, un terminal identic cu cel al tranzistorilor unipolari, cum ar fi MOSFET-urile. Pentru a înțelege cu ușurință modul în care acestea funcționează, este necesar să ne uităm la diagrama surogat a unui astfel de element, pe care o putem numi diagrama sa internă. Există tranzistori conectați: un tranzistor bipolar de tip PNP și, respectiv, un MOSFET unipolar, cu un canal de tip N. Drenajul tranzistorului MOSFET este conectat la baza tranzistorului bipolar, în timp ce poarta tranzistorului unipolar și colectorul și emitorul tranzistorului bipolar sunt conectate spre exterior.
Carcasa tranzistorului IGBT face ca acesta să combine avantajele tranzistorilor unipolari și bipolari. Primul este ușurința de control prin aplicarea unei tensiuni adecvate la poartă în raport cu emitorul (care este de aproximativ 4...8V). Al doilea atu este capacitatea de a conduce curenți mari. Tranzistorii IGBT se caracterizează în primul rând printr-o tensiune nominală extrem de înaltă între colector și emitor, de până la 6kV. De asemenea, acestea permit controlul curenților mari, de câteva sute de amperi.
În pofida avantajelor lor incontestabile, aceste elemente necesită o capacitate de curent destul de mare din partea dispozitivului care se ocupă de controlul lor. Acest lucru este legat de necesitatea de a supraîncărca rapid capacitatea de poartă a tranzistorului IGBT atunci când îl comută la o frecvență ridicată. Acest curent poate ajunge la mai mulți amperi într-un impuls. Chiar și așa, este vorba despre o valoare totuși mai mică decât cea care ar fi necesară pentru a controla tranzistorii bipolari cu parametri similari. Frecvența de comutare a curentului prin tranzistorii IGBT (cu un control adecvat) poate atinge valori de până la aproximativ 30 kHz.
Avantajul tranzistorilor IGBT față de tranzistorii MOSFET utilizați în mod obișnuit este căderea de tensiune mult mai mică în timpul conducției. În cel din urmă, este oricum mică, astfel încât tranzistorii MOSFET sunt adesea utilizați pentru a controla diverși consumatori de energie, cum ar fi benzile LED. Cu toate acestea, atunci când conduc curenți mari, rezistența lor internă poate duce la căderi mari de tensiune și la eliberarea unei cantități la fel de mari de energie sub formă de căldură. Căderile de tensiune la tranzistorii IGBT sunt mult mai mici, deoarece curentul care trece prin ele este de natură bipolară.
Tranzistorii IGBT oferă circuite de curent de comutare relativ rapide, dar, în comparație cu MOSFET-urile, este nevoie de mai mult timp pentru a opri curentul care circulă prin element. Reducerea tensiunii la poarta unui tranzistor IGBT nu îl oprește imediat, ceea ce se numește uneori „coadă de curent”. Acest fenomen are, de asemenea, efectul de a limita frecvența unui astfel de element într-un anumit circuit electronic.
La fel ca aproape orice altă componentă electronică, tranzistorii IGBT pot fi găsiți în două varietăți de bază, și anume cu montare pe suprafață (SMD) și cu montare prin inserție (THT). Acestea pot apărea și sub formă de module, adică aranjamente de mai multe tranzistorii IGBT conectați în paralel cu componente electronice suplimentare, cum ar fi rezistențe, diode etc.
Cum să selectați un tranzistor IGBT pentru aplicația dvs.
Tranzistorii IGBT sunt caracterizați de parametri practic identici cu cei ai altor tipuri de tranzistori. Primul parametru poate fi tensiunea nominală colector-emitor, care determină cât de mare poate fi diferența de potențial aplicată între aceste conductoare înainte de a se produce o străpungere și o deteriorare permanentă a elementului semiconductor. Acest parametru este exprimat în volți [V]. Valorile tensiunii colector-emitor pentru tranzistorii IGBT încep de la aproximativ 300V și pot ajunge până la aproximativ 5kV.
Un alt parametru de mare importanță este curentul de colector, adică valoarea maximă a curentului mediu care circulă prin tranzistor. Acesta este dat, desigur, în amperi [A]. Tranzistorii IGBT disponibili în mod obișnuit în comerț pot suporta curenți de la 1A până la aproximativ 400A. Acest parametru este legat de un alt parametru, denumit putere disipată, care este exprimat în wați [W] și poate varia de la 10 W la peste 2 kW. Cu cât este mai mare valoarea curentului care trece prin componentă, cu atât mai mare este puterea care va fi cedată în carcasa acesteia sub formă de căldură. Evident, cu cât carcasa unui astfel de element este mai mare, cu atât mai mari sunt valorile puterii de disipare pe care le poate atinge, datorită unei mai bune disipări a căldurii în mediul înconjurător. Pentru a îmbunătăți și mai mult acest proces, se folosește foarte des răcirea pasivă, adică un radiator este atașat tranzistorului (de obicei înșurubat sau lipit cu un adeziv termoconductor). O altă îmbunătățire ar putea fi adăugarea unei răciri active, adică forțarea fluxului de aer cu ajutorul ventilatoarelor.
În plus față de curentul nominal al colectorului, este indicat și curentul colectorului în impuls, și anume curentul instantaneu maxim care trece prin componentă și pe care aceasta îl poate suporta fără ardere imediată și deteriorare termică permanentă. Tranzistorii IGBT în impuls sunt capabili să gestioneze curenți de peste 1kA.
Datorită alegerii controlului, trebuie să se acorde atenție și tensiunii maxime admise între poartă și emitor (de obicei între 10V și 30V). Pentru a obține informații despre pragul de pornire al unui anumit tranzistor și despre curentul de conducție realizabil în condițiile date, este util să se consulte documentația componentei respective, în care se pot găsi, printre altele, caracteristicile dependenței curentului de colector de diferența de tensiune dintre colector și emitor, precum și dintre poartă și emitor.
În ceea ce privește conducătorul, informațiile privind sarcina de poartă a tranzistorului IGBT, care este exprimată în coulombi [C], pot fi, de asemenea, importante. Această valoare variază de la aproximativ 6nC până la 1180nC. Este foarte important pentru selectarea elementului sau dispozitivului de control, care trebuie să fie caracterizat de o capacitate de curent adecvată, astfel încât să alimenteze și să descarce în mod optim poarta. Acest parametru este deosebit de important pentru frecvențele mari de comutare ale tranzistorului.
Adesea, în documentație sunt indicați și timpii de activare și de dezactivare a curentului colector, o caracteristică care este importantă la proiectarea unor circuite electronice.
Depozit:
