Отбор IGBT транзисторов

August 20, 2013 by admin Комментировать »

В силу сложности своего внутреннего устройства транзисторы IGBT требуют более тщательного и глубокого анализа информации, содержащейся в технической документации. И здесь очень важно иметь как можно более подробную техническую информацию «от производителя». Ведущие зарубежные фирмы давно научились не экономить на информационной поддержке и бесплатно предоставлять разработчику огромное количество параметров, графиков режимов, примеров типовых применений, чего не скажешь, к сожалению, о фирмах отечественных с их скудными рекламными материалами. Поэтому мы воспользуется технической информацией, предоставляемой фирмой «International Rectifier». Кстати, эта фирма не без основания гордится тем, что наиболее полно обеспечивает разработчиков справочной информацией.

Итак, предварительный отбор IGBT транзисторов проводится по величине постоянного тока коллектора (continuous collector current), обозначаемого как Ic. Эта величина нормируется при нормальной температуре корпуса (25 °С) и при повышенной температуре (100 °С). Для более детального анализа можно использовать график зависимости величины допустимого постоянного тока коллектора от температуры корпуса (case temperature), показанный на рис. 2.1.38. Кристалл IGBT транзистора также боится перегрева, как и кристалл любого другого полупроводникового прибора, поэтому разработчику следует обеспечивать его номинальный тепловой режим и выбирать допустимый ток исходя из условий работы транзистора в схеме.

Второй параметр, на который следует обратить внимание разработчику, — это допустимое рабочее напряжение «коллектор—эмиттер» (collector-to-emitter voltage), обозначаемое Uces. Как правило, этот параметр у реальных IGBT транзисторов может составлять 600, 1200, 2400 и более Вольт (анонсированные последние серийные разработки

Рис. 2.1.38. Зависимость постоянного тока коллектора IGBT от температуры корпуса

допускают работу с напряжениями до 6500 В). Нужно всегда помнить, что приборы IGBT разрабатывались именно для высоковольтных применений, а значит, они «перекрывают» огромный диапазон существующих на сегодняшний момент статических преобразователей. Но применять транзистор с допустимым напряжением «коллектор—эмиттер» 600 В для построения первичных каскадов преобразователей, питаемых от трехфазной сети 380 В 50 Гц не рекомендуется — слишком мал запас по напряжению. С учетом того, что после выпрямления на транзисторы поступает номинальное постоянное напряжение 540 В, запас в 60 Вольт действительно оказывается минимальным и недопустимым. В то же время высоковольтные IGBT, спроектированные на напряжение 1700 В и выше, здесь также использовать неразумно. Поэтому для большинства статических преобразователей, питаемых от промышленной трехфазной сети, используют IGBT транзисторы с рабочим напряжением «коллектор—эмиттер» 1200 В. Таких приборов в номенклатурах выпуска ведущих фирм — большинство. И еще необходимо запомнить, что с повышением температуры полупроводникового кристалла допустимое напряжение «коллектор—эмиттер» снижается.

В технической документации также может встретиться так называемое максимально допустимое напряжение «эмиттер—коллектор» (emitter-to-collectorbreakdown voltage), обозначаемое как Uecs. Этот параметр характеризует способность транзисторов IGBT выдерживать приложение обратного напряжения «эмиттер—коллектор». Поясним, что для транзисторов MOSFET такой проблемы не существует, поскольку в них имеется паразитный обратный диод, который при приложении обратного напряжения открывается и «гасит» обратное напряжение. В транзисторе IGBT изначально нет паразитного обратного диода (если только обратный диод не встраивается специально на этапе изготовления), поэтому нужно защищаться от пробоя обратным напряжением дополнительными средствами (например, включением внешнего обратного диода). Это обстоятельство можно расценить как дополнительное преимущество IGBT транзистора передтранзистором MOSFET. Во-первых, фирмы-производители предлагают огромное количество приборов с обратными диодами, обладающими отличными динамическими свойствами. Во-вторых, — самим выбрать подходящий по электрическим и конструктивным параметрам внешний обратныйдиод. Конечно, второй вариант менее надежен, так как электрические связи междудиодом и выводами транзистора необходимо выполнять как можно более короткими, иначе эта мера также окажется малоэффективной.

Обратим внимание на рис. 2.1.39, на котором показано плечо полумоста с транзисторами VT1 и VT2, а также внешними обратными диодами VD1 и VD2. Имеется также некоторая индуктивность нагрузки L и паразитная индуктивность монтажа Ls. При выключении транзистора VT2 ток нагрузки будет замыкаться через диод VD1. Этот ток непостоянен, поэтому он характеризуется определенной скоростью спада {diJdt), что вызывает бросок напряжения на паразитной индуктивности Ь5. Напряжение на коллекторе VT1 становится меньше напряжения на эмиттере. При значительной величине индуктивности монтажа, а также большой скорости спада тока это напряжение может пробить цепь «коллектор— эмиттер», поскольку типовое значение Uecs у реальных приборов IGBT составляет всего 15…20 В.

Ранее мы уже упоминали напряжение насыщения «коллектор—эмиттер» (collector-to-emitter saturation voltage). Величина этого напряжения определяет статические тепловые потери на транзисторе. Напряжение насыщения Uce(on) в некоторой степени зависит от величины протекающего коллекторного тока. Например, для транзистора типа IRG4PC40U оно равно 1,72 В дая протекающего тока 20 А, и 2,15 В — для тока 40 А. В технической документации принято нормировать значения Uce(on) для температуры 25 °С и 150 °С.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты