Транзисторы IGBT (Ай Жи Би Ти)

В транзисторах MOSFET для частичной компенсации биполярных паразитных транзисторов производится закорачивание подложки и истока. В транзисторах IGBT наоборот, усиливается действие биполярного транзистора VT3 (Insulated Gate Bipolar Transistor) (изолированный затвор биполярный транзистор) и добавляется ещё один транзистор VT2. Более точно, дополняется к трем слоям биполярного транзистора ещё один слой, как у тиристора, причём нижний биполярный транзистор действует аналогично полевому, то есть управляется изолированным затвором, кроме того вводятся резисторы.

В русской литературе этот транзистор называют БТИЗ – биполярный транзистор с изолированным затвором. Так как транзистор IGBT имеет 4 слоя, как у тиристора, то он рассматривается вслед за тиристорами.

В целом, из рисунка 1.59, а) следует, что IGBT состоит из полевого транзистора VT1 и двух биполярных транзисторов p-n-p VT2 и n-p-n VT3. R₁ – сопротивление канала VT1; R₂ – дополнительный резистор.

а) б) в)

Рисунок 1.59 – Транзистор IGBT а); динистор на двух транзисторах б); условное изображение транзистора IGBT в)

Видно, что биполярные транзисторы включены почти по схеме тиристора, рисунок 1.59,б), поэтому в целом транзистор IGBT обладает свойствами и полевого транзистора, и тиристора. А так как добавлены резисторы R₁ и R₂, то тиристор VT2, VT3 не просто включается и выключается, но и управляется аналоговым образом, имеет характеристики вида рисунка 1.60.

Рисунок 1.60 – Выходные характеристики IGBT транзистора

Физика процессов: при поступлении на затвор управляющего плюс напряжения (относительно истока) VT1 приоткрывается, образуется цепь: эмиттер-база VT2 …. сток-исток VT1 …. нижний контакт минус (исток). Следовательно, VT2 приоткрывается, возникает цепь: эмиттер-коллектор VT2 …. база-эмиттер VT3 …. минус источника питания. Приоткрывается VT3, протекает основной ток транзистора по цепи: плюс источника питания …. VT2 …. VT3 …. минус источника питания, транзистор открыт. Разработаны транзисторы IGBT в конце 70-х годов 20 века. Достоинства – большие токи и напряжения, высокочастотность, перегрузочная способность (почти как у тиристоров), положительный ТКН (температурный коэффициент напряжения), поэтому IGBT можно включать параллельно, не опасаясь перегрузки отдельных транзисторов (как это было у биполярных транзисторов), не нужны «выравнивающие» резисторы. Недостатки – повышенное сопротивление в открытом ключевом состоянии в связи с тем, что силовой ток протекает последовательно через 2 биполярных транзистора, а также эффект «защелкивания», когда транзистор IGBT открывается, но не закрывается, так как биполярные транзисторы соединены по тиристорной схеме, а они обладают свойством открываться с глубокой положительной обратной связью, это и есть «защелкивание».