электронные ключи. Электронные ключи. Министерство образования рф

• Название: Министерство образования рф
• Анкор: электронные ключи
• Дата: 07.02.2022
• Размер: 0.73 Mb.
• Имя файла: Электронные ключи.doc
• Тип: Учебное пособие; #354039
• страница: 4 из 5

1.4Цифровые ключи на IGBT транзисторах

Преимущества, обеспечиваемые работой активных элементов в ключевом режиме, прежде всего экономичность, привели к широкому распространению мощных ключевых устройств. Широко известны импульсные источники питания, ключевые стабилизаторы и регуляторы, генераторы, работающие в ключевом режиме, а также широкий спектр устройств, использующих различные виды импульсной модуляции: ШИМ, АИМ и т.д. При проектировании таких устройств необходимо учитывать некоторые специфические особенности их работы.

Уровень современного развития отечественной и зарубежной элементной базы ставит перед разработчиком вопрос выбора подходящего активного элемента. Современный инженер может выбирать из трех основных видов транзисторов: биполярные, полевые и так называемые IGBT – транзисторы (Insulated Gate Bipolar Transistor), представляющие собой комбинацию двух предыдущих типов: по входу такой транзистор ведет себя как полевой, а по выходу – как биполярный. В отечественной литературе эти приборы именуются биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ). Типичные представители этого семейства могут коммутировать токи в десятки ампер при напряжениях порядка киловольта. Биполярные транзисторы работают при напряжениях до 1.5 кВ и коммутируют токи в несколько десятков ампер, полевые транзисторы работают при более низких значениях напряжения (обычно менее 1000В) и коммутируют токи до сотни ампер.

Эквивалентная схема IGBT – транзистора представлена на рис. 11. Интересно, что коллектору IGBT соответствует эмиттер эквивалентного биполярного транзистора, а эмиттеру – наоборот, коллектор. По сравнению с полевым транзистором, IGBT имеет два важных преимущества (наиболее актуальных для создания мощных ключевых устройств). Во-первых, эквивалентная крутизна IGBT значительно превышает крутизну полевого транзистора, во-вторых, по сравнению с ПТ, силовая цепь IGBT имеет значительно меньшее сопротивление в открытом состоянии. В плане быстродействия IGBT превосходят биполярные транзисторы, но уступают полевым.

Ведущий производитель IGBT - фирма International Rectifier классифицирует свою продукцию по следующим категориям:

• 
  W – (warp speed) 75…150 кГц;
  
• 
  U – (ultra fast speed) 10…75 кГц;
  
• 
  F – (fast speed) 3…10 кГц;
  
• 
  S – (standard speed) 1…3 кГц
  

П рименение IGBT имеет свои особенности, хотя основные процессы определяются рассмотренными выше факторами, характерными для биполярных и полевых транзисторов. В частности, актуально требование по , нарушение которого может привести к так называемому «защелкиванию», (потеря возможности запирания) аналогичному процессу отпирания тиристора. Для IGBT важно ограничение обратного напряжения коллектор-эмиттер (типовое значение 15-20В).

В справочных данных на IGBT указываются параметры заряда затвора ( , , ), с помощью которых можно оценить параметры схемы управления, однако, на их основе не удается предсказать время переключения транзистора, так как на него влияют еще и процессы рассасывания неосновных носителей в базе. Для оценки времени переключения полезны параметры: время спада/нарастания, время задержки выключения. IGBT, аналогично полевым транзисторам, можно включать параллельно для увеличения коммутируемой мощности, соблюдая при этом соответствующие рекомендации.

Вопросы для самостоятельной проработки

1. 
   Перечислите известные типы полевых транзисторов , нарисуйте их характеристики. Какие параметры характерны для различных типов полевых транзисторов ?
   
2. 
   Чем отличаются процессы насыщения полевого и биполярного транзистора ?
   
3. 
   Чем обусловлено наличие плоских участков на графике (рис. 8) ?
   
4. 
   Выведите формулу .
   
5. 
   Какова роль резисторов в цепи затвора полевых транзисторов при их параллельном включении ?
   

Задачи для самостоятельного решения

1. 
   Определите время задержки включения полевого транзистора, если внутреннее сопротивление источника сигнала , емкость , пороговое напряжение , амплитуда отпирающего импульса .
   
2. 
   Используя данные предыдущей задачи, определить энергию, затрачиваемую на отпирание транзистора, если .
   
3. 
   Определить максимальную величину , если известны элементы паразитной структуры (с биполярным транзистором) на рис. 9. , .