IGBT ટ્રાંઝિસ્ટર
એક અલગ ગેટ સાથે બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર એ એક નવા પ્રકારનાં સક્રિય ઉપકરણો છે જે પ્રમાણમાં તાજેતરમાં દેખાયા હતા. તેની ઇનપુટ લાક્ષણિકતાઓ ફિલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાંઝિસ્ટરની ઇનપુટ લાક્ષણિકતાઓ જેવી જ છે અને તેની આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓ બાયપોલરની આઉટપુટ લાક્ષણિકતાઓ જેવી જ છે.
સાહિત્યમાં, આ ઉપકરણને IGBT (ઇન્સ્યુલેટેડ ગેટ બાયપોલર ટ્રાંઝિસ્ટર) કહેવામાં આવે છે... ઝડપની દ્રષ્ટિએ, તે નોંધપાત્ર રીતે શ્રેષ્ઠ છે બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર... મોટાભાગે, IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ પાવર સ્વીચ તરીકે થાય છે, જ્યાં ટર્ન-ઓનનો સમય 0.2 — 0.4 μs છે, અને ટર્ન-ઑફનો સમય 0.2 — 1.5 μs છે, સ્વિચ કરેલ વોલ્ટેજ 3.5 kV સુધી પહોંચે છે, અને પ્રવાહ 1200 A છે. .
IGBT-T ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઉચ્ચ વોલ્ટેજ કન્વર્ઝન સર્કિટમાંથી થાઇરિસ્ટર્સને બદલે છે અને ગુણાત્મક રીતે વધુ સારી લાક્ષણિકતાઓ સાથે સ્પંદિત ગૌણ પાવર સપ્લાય બનાવવાનું શક્ય બનાવે છે. IGBT-T ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો વ્યાપકપણે ઇલેક્ટ્રીક મોટર્સને નિયંત્રિત કરવા માટે ઇન્વર્ટરમાં, 1 kV થી ઉપરના વોલ્ટેજ અને સેંકડો એમ્પીયરનો પ્રવાહ ધરાવતી ઉચ્ચ-પાવર સતત પાવર સિસ્ટમ્સમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.અમુક અંશે, આ એ હકીકતને કારણે છે કે સેંકડો એમ્પીયરના પ્રવાહ પર ચાલુ સ્થિતિમાં, ટ્રાંઝિસ્ટરમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ 1.5 - 3.5V ની રેન્જમાં છે.
IGBT ટ્રાંઝિસ્ટર (ફિગ. 1) ની રચના પરથી જોઈ શકાય છે તેમ, તે એક જટિલ ઉપકરણ છે જેમાં pn-p ટ્રાન્ઝિસ્ટરને n-ચેનલ MOS ટ્રાન્ઝિસ્ટર દ્વારા નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે.
IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો કલેક્ટર (ફિગ. 2, a) VT4 ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું ઉત્સર્જક છે. જ્યારે ગેટ પર સકારાત્મક વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT1 પાસે ઇલેક્ટ્રિકલી વાહક ચેનલ હોય છે. તેના દ્વારા, IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું ઉત્સર્જક (VT4 ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો કલેક્ટર) VT4 ટ્રાન્ઝિસ્ટરના આધાર સાથે જોડાયેલ છે.
આ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે તે સંપૂર્ણપણે અનલૉક છે અને IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરના કલેક્ટર અને તેના ઉત્સર્જક વચ્ચેનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ VT4 ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ઉત્સર્જક જંકશનમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ જેટલો બની જાય છે, જે VT1 ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ Usi સાથે સરવાળો છે.
એ હકીકતને કારણે કે p—n જંકશનમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ વધતા તાપમાન સાથે ઘટે છે, ચોક્કસ વર્તમાન શ્રેણીમાં અનલોક કરેલ IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ નકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક ધરાવે છે, જે ઉચ્ચ પ્રવાહ પર હકારાત્મક બને છે. તેથી, સમગ્ર IGBT માં વોલ્ટેજ ડ્રોપ ડાયોડ (VT4 એમિટર) ના થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજથી નીચે આવતો નથી.
ચોખા. 2. IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર (a)નું સમકક્ષ સર્કિટ અને દેશી (b) અને વિદેશી (c) સાહિત્યમાં તેનું પ્રતીક
જેમ જેમ IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર પર લાગુ વોલ્ટેજ વધે છે તેમ, ચેનલ કરંટ વધે છે, જે VT4 ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો બેઝ કરંટ નક્કી કરે છે, જ્યારે IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ ઘટે છે.
જ્યારે ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT1 લૉક કરવામાં આવે છે, ત્યારે ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT4 નું વર્તમાન નાનું બને છે, જે તેને લૉક કરવાનું શક્ય બનાવે છે. જ્યારે હિમપ્રપાત ભંગાણ થાય છે ત્યારે કામગીરીના thyristor-વિશિષ્ટ મોડ્સને નિષ્ક્રિય કરવા માટે વધારાના સ્તરો રજૂ કરવામાં આવે છે. બફર લેયર n + અને વિશાળ આધાર ક્ષેત્ર n– p — n — p ટ્રાન્ઝિસ્ટરના વર્તમાન લાભમાં ઘટાડો પૂરો પાડે છે.
ચાલુ અને બંધ કરવાનું સામાન્ય ચિત્ર ખૂબ જટિલ છે, કારણ કે ચાર્જ કેરિયર્સની ગતિશીલતામાં ફેરફાર છે, p — n — p અને n — p — n ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં વર્તમાન ટ્રાન્સફર ગુણાંક, બંધારણમાં હાજર રહેલા ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં ફેરફાર, પ્રતિકારકતામાં ફેરફાર છે. પ્રદેશો, વગેરે. જોકે સૈદ્ધાંતિક રીતે IGBT ટ્રાંઝિસ્ટરનો ઉપયોગ રેખીય મોડમાં કામ કરવા માટે થઈ શકે છે, જ્યારે તેઓ મુખ્યત્વે કી મોડમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
આ કિસ્સામાં, સ્વીચ વોલ્ટેજમાં ફેરફારો ફિગમાં બતાવેલ વળાંકો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.
ચોખા. 3. IGBT ટ્રાંઝિસ્ટરના વોલ્ટેજ ડ્રોપ Uke અને વર્તમાન Ic માં ફેરફાર
ચોખા. 4. IGBT પ્રકારના ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું સમકક્ષ આકૃતિ (a) અને તેની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ (b)
અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે મોટાભાગના IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટે, ચાલુ અને બંધ થવાનો સમય 0.5 — 1.0 μs કરતાં વધી જતો નથી. વધારાના બાહ્ય ઘટકોની સંખ્યા ઘટાડવા માટે, ડાયોડને IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે અથવા કેટલાક ઘટકો ધરાવતા મોડ્યુલ બનાવવામાં આવે છે (ફિગ. 5, a — d).
ચોખા. 5. IGBT-ટ્રાન્ઝિસ્ટરના મોડ્યુલોના પ્રતીકો: a — MTKID; b — MTKI; c — M2TKI; d — MDTKI
IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરના પ્રતીકોમાં સમાવેશ થાય છે: અક્ષર M — સંભવિત-મુક્ત મોડ્યુલ (આધાર અલગ છે); 2 - કીઓની સંખ્યા; TCI અક્ષરો - અવાહક કવર સાથે બાયપોલર; DTKI — આઇસોલેટેડ ગેટ સાથે ડાયોડ / બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર; TCID — બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર / આઇસોલેટેડ ગેટ ડાયોડ; સંખ્યાઓ: 25, 35, 50, 75, 80, 110, 150 — મહત્તમ વર્તમાન; સંખ્યાઓ: 1, 2, 5, 6, 10, 12 — કલેક્ટર અને ઉત્સર્જક Uke (* 100V) વચ્ચેનો મહત્તમ વોલ્ટેજ. ઉદાહરણ તરીકે, MTKID-75-17 મોડ્યુલમાં UKE = 1700 V, I = 2 * 75A, UKEotk = 3.5 V, PKmax = 625 W છે.
તકનીકી વિજ્ઞાનના ડૉક્ટર, પ્રોફેસર એલ.એ. પોટાપોવ