Power transistors

Ang mga pangunahing klase ng power transistors

Ang transistor ay isang semiconductor device na naglalaman ng dalawa o higit pang pn junction at may kakayahang gumana sa parehong boost at switch mode.

Sa power electronics, ang mga transistor ay ginagamit bilang ganap na nakokontrol na mga switch. Depende sa control signal, ang transistor ay maaaring sarado (mababang pagpapadaloy) o bukas (mataas na pagpapadaloy).

Sa off state, ang transistor ay natiis ang pasulong na boltahe na tinutukoy ng mga panlabas na circuit, habang ang kasalukuyang transistor ay maliit ang halaga.

Sa bukas na estado, ang transistor ay nagsasagawa ng isang direktang kasalukuyang tinutukoy ng mga panlabas na circuit, habang ang boltahe sa pagitan ng mga terminal ng supply ng transistor ay maliit. Ang mga transistor ay hindi makapagsagawa ng reverse current at hindi makatiis ng reverse boltahe.

Ayon sa prinsipyo ng pagpapatakbo, ang mga sumusunod na pangunahing klase ng mga transistor ng kapangyarihan ay nakikilala:

• bipolar transistor,

• field effect transistors, bukod sa kung saan ang pinakalat ay metal oxide semiconductor (MOS) transistors (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistor),

• field-effect transistors na may control p-n-junction o static induction transistors (SIT) (SIT-static induction transistor),

• insulated gate bipolar transistor (IGBT).

Bipolar transistor

Ang bipolar transistor ay isang transistor kung saan ang mga alon ay nabuo sa pamamagitan ng paggalaw ng mga singil ng dalawang character - mga electron at butas.

Bipolar transistor binubuo ng tatlong layer ng mga semiconductor na materyales na may iba't ibang conductivity. Depende sa pagkakasunud-sunod ng paghalili ng mga layer ng istraktura, ang mga transistor ng mga uri ng pnp at npn ay nakikilala. Sa mga transistor ng kapangyarihan, ang mga transistor ng uri ng n-p-n ay laganap (Larawan 1, a).

Ang gitnang layer ng istraktura ay tinatawag na base (B), ang panlabas na layer na nag-inject (nag-embed) ng mga carrier ay tinatawag na emitter (E), at nangongolekta ng mga carrier - ang kolektor (C). Ang bawat isa sa mga layer—base, emitter, at collector—ay may wire upang kumonekta sa mga elemento ng circuit at mga panlabas na circuit. MOSFET transistors. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng MOS transistors ay batay sa isang pagbabago sa electrical conductivity ng interface sa pagitan ng isang dielectric at isang semiconductor sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field.

Mula sa istraktura ng transistor, mayroong mga sumusunod na output: gate (G), source (S), drain (D), pati na rin ang isang output mula sa substrate (B), kadalasang konektado sa source (Fig. 1, b).

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng MOS transistors at bipolar transistors ay ang mga ito ay hinihimok ng boltahe (ang field na nilikha ng boltahe na iyon) kaysa sa kasalukuyang. Ang mga pangunahing proseso sa MOS transistors ay dahil sa isang uri ng mga carrier, na nagpapataas ng kanilang bilis.

Ang mga pinahihintulutang halaga ng mga lumipat na alon ng MOS transistors ay makabuluhang nakasalalay sa boltahe.Sa mga alon hanggang sa 50 A, ang pinapayagang boltahe ay karaniwang hindi lalampas sa 500 V sa dalas ng paglipat na hanggang 100 kHz.

SIT transistor

Ito ay isang uri ng field-effect transistors na may control p-n-junction (Fig. 6.6., C). Ang dalas ng pagpapatakbo ng mga SIT transistor ay karaniwang hindi lalampas sa 100 kHz na may switched circuit boltahe hanggang 1200 V at mga alon hanggang 200 - 400 A.

IGBT transistors

Ang pagnanais na pagsamahin sa isang transistor ang mga positibong katangian ng bipolar at field effect transistors ay humantong sa paglikha ng IGBT - transistor (Fig. 1., d).

IGBT - Transistor Ito ay may mababang turn-on power loss tulad ng isang bipolar transistor at isang mataas na control circuit input impedance na tipikal ng isang field-effect transistor.

kanin. 1. Maginoo graphic designations ng transistors: a)-bipolar transistor uri p-p-p; b)-MOSFET-transistor na may n-type na channel; c)-SIT-transistor na may pagkontrol sa pn-junction; d) — IGBT transistor.

Ang mga switched voltages ng power IGBT transistors, pati na rin ang mga bipolar, ay hindi hihigit sa 1200 V, at ang kasalukuyang limit values ​​ay umabot sa ilang daang amperes sa dalas na 20 kHz.

Ang mga katangian sa itaas ay tumutukoy sa mga lugar ng aplikasyon ng iba't ibang uri ng power transistors sa mga modernong power electronic device. Ayon sa kaugalian, ginamit ang mga bipolar transistor, ang pangunahing kawalan nito ay ang pagkonsumo ng isang makabuluhang base kasalukuyang, na nangangailangan ng isang malakas na pangwakas na yugto ng kontrol at humantong sa isang pagbawas sa kahusayan ng aparato sa kabuuan.

Pagkatapos ay binuo ang mga field-effect transistors, na mas mabilis at kumonsumo ng mas kaunting kapangyarihan kaysa sa control system.Ang pangunahing kawalan ng MOS transistors ay ang malaking pagkawala ng kapangyarihan mula sa daloy ng kasalukuyang kapangyarihan, na tinutukoy ng kakaiba ng static na katangian ng I - V.

Kamakailan, ang nangungunang posisyon sa larangan ng aplikasyon ay inookupahan ng mga IGBT — mga transistor na pinagsasama ang mga pakinabang ng bipolar at field-effect transistors. Ang paglilimita ng kapangyarihan ng SIT - transistors ay medyo maliit, kaya naman ito ay malawakang ginagamit sa kapangyarihan electronics hindi nila ito nahanap.

Tinitiyak ang ligtas na operasyon ng mga transistor ng kuryente

Ang pangunahing kondisyon para sa maaasahang operasyon ng mga power transistors ay upang matiyak ang pagsunod sa kaligtasan ng operasyon ng parehong static at dynamic na volt-ampere na mga katangian na tinutukoy ng mga partikular na kondisyon ng operating.

Ang mga limitasyon na tumutukoy sa kaligtasan ng mga power transistor ay:

• ang maximum na pinahihintulutang kasalukuyang ng kolektor (drainage);

• pinahihintulutang halaga ng kapangyarihan na nawala ng transistor;

• ang maximum na pinahihintulutang halaga ng kolektor ng boltahe - emitter (drain - source);

Sa mga mode ng pulso ng pagpapatakbo ng mga transistor ng kapangyarihan, ang mga limitasyon sa kaligtasan ng pagpapatakbo ay makabuluhang pinalawak. Ito ay dahil sa pagkawalang-galaw ng mga thermal na proseso na nagdudulot ng sobrang pag-init ng istraktura ng semiconductor ng mga transistors.

Ang dynamic na I - V na katangian ng isang transistor ay higit na tinutukoy ng mga parameter ng inilipat na load. Halimbawa, ang pag-switch off ng active - inductive load ay nagdudulot ng overvoltage sa pangunahing elemento. Ang mga overvoltage na ito ay tinutukoy ng self-inductive EMF Um = -Ldi / dt, na nangyayari sa inductive component ng load kapag ang kasalukuyang bumaba sa zero.

Upang alisin o limitahan ang mga overvoltage sa panahon ng paglipat ng isang aktibong - inductive load, iba't ibang switching path forming (CFT) circuits ang ginagamit, na nagbibigay-daan sa pagbuo ng nais na switching path. Sa pinakasimpleng kaso, ito ay maaaring isang diode na aktibong nag-shunting ng isang inductive load, o isang RC circuit na konektado sa parallel sa drain at source ng MOS transistor.