Основные параметры некоторых MOSFET -транзисторов
| Транзистор | Параметры | |||
 , В
|  , А
|  , Вт
|  , Ом
| |
| BUZ10 | 50 | 23 | 75 | 0,07 |
| BUZ11 | 50 | 28 | 75 | 0,04 |
| BUZ80 | 800 | 2,6 | 75 | 4 |
| BUZ90 | 600 | 4,3 | 75 | 1,6 |
| IRF150 | 100 | 30 | 150 | 0,055 |
| IRF250 | 200 | 30 | 150 | 0,085 |
| IRF350 | 400 | 13 | 150 | 0,3 |
В качестве драйверов, связывающих контроллеры с мощными MOSFET- ключами, применяется широкий спектр формирователей управляющих сигналов, из которых наибольшее распространение получили драйверы с запуском от оптопар, изготовленные в виде отдельных микросхем. Помимо отдельных MOSFET-ключей, выпускаются также силовые модули различной конфигурации на MOSFET-транзисторах (табл. 3.4) на рабочие напряжения до 1000 В и токи до 200 А.
Таблица 3.4
Силовые модули на MOSFET -транзисторах
| Тип | Схема | Uси, В | Ic, А | Rси отк, мОм | Pрас, Вт |
| SKM111AR SKM121AR SKM141 SKM151AR SKM151F SKM181 SKM181F SKM191 SKM191F | 
| 100 200 400 500 500 800 800 1000 1000 | 200 130 60 48 56 36 34 28 28 | 8,5 20 75 120 110 240 320 370 420 | 700 700 625 625 700 700 700 700 700 |
| SKM214A SKM224A SKM244F SKM254F SKM284F SKM294F |
| 100 200 400 500 800 1000 | 120 80 45 35 20 18 | 13 30 100 170 480 630 | 400 400 400 400 400 400 |
| SKM651F SKM652F SKM681F SKM682F SKM691F SKM692F |
| 500 500 800 800 1000 1000 | 10 19 6 11 5 9,5 | 660 330 1920 960 2520 1260 | 125 227 125 227 125 227 |
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).
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 n– область, 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 (табл. 3.2).
|
|
|
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: 2018-11-24; просмотров: 136; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!