Силовые транзисторные ключи

В качестве силовых ключей в аппаратах применяют биполярные транзисторы ВРТ (Bipolar Power Transistor); полевые транзисторы с изолированным затвором MOSFET (Metal – Oxid – Semiconductor – Field – Effect – Transistor); биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Биполярные транзисторы, коммутирующие токи более 50 А, обычно рассчитаны на напряжение до 600 В и частоту переключений до 20 кГц.

Ключи на полевых транзисторах с изолированным затвором имеют большее быстродействие. Частота коммутации до 100 кГц. При токах свыше 50 А допустимое напряжение обычно не превышает 500 В. Сопротивление проводящего канала включенного транзисторного ключа в районе 0,5 Ом.

Ключи на биполярных транзисторах с изолированным затвором объединяют положительные свойства биполярного и полевого транзисторов. Подобно биполярному транзистору IGBT-транзистор имеет малые потери мощности во включенном состоянии и высокое входное сопротивление цепи управления, характерное для полевых транзисторов.

На рис. 6.7 показаны условные обозначения полевых транзисторов с индуцированным (рис. 6.7а) и встроенным (рис. 6.7б) каналом n -типа; биполярного транзистора с изолированным затвором (рис. 6.7в), а также упрощенная эквивалентная схема IGBT (рис. 6.7г). Выводы транзисторов обозначены буквами: З – затвор, И – исток, С – сток, П – подложка, К – коллектор, Э – эмиттер.

Транзистор IGBT закрыт, если на затвор не подано напряжение. Включение IGBT с каналом n -типа осуществляется подачей на затвор положительного напряжения (u_ЗЭ) относительно эмиттера. Силовые IGBT коммутируют токи до 5 кА при частоте коммутации до 100 кГц.

Отечественная промышленность производит силовые модули на биполярных, полевых и биполярных транзисторах с изолированным затвором. Типовые схемы соединения элементов в модулях, как правило, соответствуют типовым схемам преобразования параметров электрической энергии. Например, выпускаются модули по схемам однофазных и трехфазных выпрямителей и инверторов, модули по схемам ключевых регуляторов напряжения и др. Некоторые модули расширяют возможности применения транзисторных ключей, изменяя их вольт-амперные характеристики (рис. 6.8).

Примеры силовых модулей на полевых транзисторах и биполярном транзисторе с изолированным затвором приведены на рис. 6.9.

Модуль на полевых транзисторах (рис.6.9а) содержат два последовательно соединенных ключа с обратными быстро восстанавливающимися диодами. В модуле на биполярном транзисторе с изолированным затвором реализовано последовательное соединение диода и транзистора с быстро восстанавливающимся диодом.