Transistor kuasa

Kelas utama transistor kuasa

Transistor ialah peranti semikonduktor yang mengandungi dua atau lebih simpang pn dan mampu beroperasi dalam kedua-dua mod rangsangan dan suis.

Dalam elektronik kuasa, transistor digunakan sebagai suis yang boleh dikawal sepenuhnya. Bergantung kepada isyarat kawalan, transistor boleh ditutup (konduksi rendah) atau terbuka (konduksi tinggi).

Dalam keadaan mati, transistor mampu menahan voltan ke hadapan yang ditentukan oleh litar luaran, manakala arus transistor bernilai kecil.

Dalam keadaan terbuka, transistor menjalankan arus terus yang ditentukan oleh litar luaran, manakala voltan antara terminal bekalan transistor adalah kecil. Transistor tidak dapat mengalirkan arus terbalik dan tidak dapat menahan voltan terbalik.

Mengikut prinsip operasi, kelas utama transistor kuasa berikut dibezakan:

• transistor bipolar,

• transistor kesan medan, antara yang paling meluas ialah transistor semikonduktor oksida logam (MOS) (MOSFET — transistor kesan medan semikonduktor oksida logam),

• transistor kesan medan dengan simpang p-n kawalan atau transistor aruhan statik (SIT) (transistor aruhan statik SIT),

• transistor bipolar get terlindung (IGBT).

Transistor bipolar

Transistor bipolar ialah transistor di mana arus dijana oleh pergerakan cas dua aksara - elektron dan lubang.

Transistor bipolar terdiri daripada tiga lapisan bahan semikonduktor dengan kekonduksian yang berbeza. Bergantung pada susunan penggantian lapisan struktur, transistor jenis pnp dan npn dibezakan. Antara transistor kuasa, transistor jenis n-p-n adalah meluas (Rajah 1, a).

Lapisan tengah struktur dipanggil asas (B), lapisan luar yang menyuntik (membenamkan) pembawa dipanggil pemancar (E), dan mengumpul pembawa - pengumpul (C). Setiap lapisan—tapak, pemancar dan pengumpul—mempunyai wayar untuk disambungkan ke elemen litar dan litar luaran. transistor MOSFET. Prinsip operasi transistor MOS adalah berdasarkan perubahan dalam kekonduksian elektrik antara muka antara dielektrik dan semikonduktor di bawah pengaruh medan elektrik.

Daripada struktur transistor, terdapat output berikut: pintu (G), sumber (S), longkang (D), serta output daripada substrat (B), biasanya disambungkan ke sumber (Rajah 1, b).

Perbezaan utama antara transistor MOS dan transistor bipolar ialah ia didorong oleh voltan (medan yang dicipta oleh voltan itu) dan bukannya arus. Proses utama dalam transistor MOS adalah disebabkan oleh satu jenis pembawa, yang meningkatkan kelajuannya.

Nilai yang dibenarkan bagi arus bertukar transistor MOS amat bergantung pada voltan.Pada arus sehingga 50 A, voltan yang dibenarkan biasanya tidak melebihi 500 V pada frekuensi pensuisan sehingga 100 kHz.

transistor SIT

Ini adalah sejenis transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan (Rajah 6.6., C). Kekerapan operasi transistor SIT biasanya tidak melebihi 100 kHz dengan voltan litar bertukar sehingga 1200 V dan arus sehingga 200 — 400 A.

transistor IGBT

Keinginan untuk menggabungkan dalam satu transistor sifat positif transistor bipolar dan kesan medan membawa kepada penciptaan transistor IGBT - (Rajah 1., d).

IGBT — Transistor Ia mempunyai kehilangan kuasa hidup yang rendah seperti transistor bipolar dan galangan input litar kawalan tinggi yang tipikal bagi transistor kesan medan.

nasi. 1. Penamaan grafik konvensional transistor: a)-jenis transistor bipolar p-p-p; b)-MOSFET-transistor dengan saluran jenis-n; c)-SIT-transistor dengan mengawal pn-junction; d) — transistor IGBT.

Voltan bertukar transistor IGBT kuasa, serta bipolar, tidak lebih daripada 1200 V, dan nilai had semasa mencapai beberapa ratus ampere pada frekuensi 20 kHz.

Ciri-ciri di atas mentakrifkan bidang penggunaan pelbagai jenis transistor kuasa dalam peranti elektronik kuasa moden. Secara tradisinya, transistor bipolar digunakan, kelemahan utamanya ialah penggunaan arus asas yang ketara, yang memerlukan peringkat kawalan akhir yang kuat dan membawa kepada penurunan kecekapan peranti secara keseluruhan.

Kemudian transistor kesan medan telah dibangunkan, yang lebih pantas dan menggunakan kuasa kurang daripada sistem kawalan.Kelemahan utama transistor MOS ialah kehilangan besar kuasa daripada aliran arus kuasa, yang ditentukan oleh keanehan ciri statik I - V.

Baru-baru ini, kedudukan utama dalam bidang aplikasi telah diduduki oleh IGBT — transistor yang menggabungkan kelebihan transistor bipolar dan kesan medan. Kuasa pengehad SIT - transistor agak kecil, itulah sebabnya ia digunakan secara meluas dalam elektronik kuasa mereka tidak menjumpainya.

Memastikan operasi transistor kuasa yang selamat

Syarat utama untuk operasi transistor kuasa yang boleh dipercayai adalah untuk memastikan pematuhan dengan operasi keselamatan kedua-dua ciri volt-ampere statik dan dinamik yang ditentukan oleh keadaan operasi tertentu.

Had yang menentukan keselamatan transistor kuasa ialah:

• arus maksimum pemungut yang dibenarkan (saliran);

• nilai yang dibenarkan bagi kuasa yang dilesapkan oleh transistor;

• nilai maksimum yang dibenarkan bagi pengumpul voltan - pemancar (longkang - sumber);

Dalam mod nadi operasi transistor kuasa, had keselamatan operasi dilanjutkan dengan ketara. Ini disebabkan oleh inersia proses terma yang menyebabkan terlalu panas struktur semikonduktor transistor.

Ciri dinamik I - V transistor sebahagian besarnya ditentukan oleh parameter beban beralih. Sebagai contoh, mematikan beban induktif aktif menyebabkan voltan lampau pada elemen utama. Voltan lampau ini ditentukan oleh EMF induktif sendiri Um = -Ldi / dt, yang berlaku dalam komponen induktif beban apabila arus turun kepada sifar.

Untuk menghapuskan atau mengehadkan lebihan voltan semasa menukar beban induktif aktif, pelbagai litar pembentuk laluan pensuisan (CFT) digunakan, yang membolehkan laluan pensuisan yang dikehendaki dibentuk. Dalam kes yang paling mudah, ini boleh menjadi diod yang secara aktif memecut beban induktif, atau litar RC yang disambungkan selari dengan longkang dan sumber transistor MOS.