Zasada działania tranzystora IGBT [edytuj]

IGBT (ang. Insulated Gate Bipolar Transistor) - tranzystor bipolarny z izolowaną bramką. Jest to
element półprzewodnikowy mocy używany w przekształtnikach energoelektronicznych o mocach do
kilkusetkilowatów.
Łączy zalety dwóch typów tranzystorów: łatwość sterowania tranzystorów polowych i wysokie napięcie
przebicia oraz szybkość przełączania tranzystorów bipolarnych; jest wykorzystywany m.in.
w falownikachjako łącznik, umożliwia załączanie prądów do 1 kA i blokowanie napięć do 6 kV.
Zasada działania tranzystora IGBT [edytuj]
Schemat zastępczy tranzystora IGBT
Najpopularniejszy sposób oznaczania IGBT to symbol tranzystora bipolarnego npn, w którym emiter
oznaczony jest jako kolektor, a połączenie kolektora i drenu nosi nazwę emitera (symbol środkowy z
rysunku). Sposób połączenia występujący na schemacie zastępczym przypomina tranzystor
bipolarny Darlingtona. Tranzystor MOSFET steruje bazą tranzystora bipolarnego pnp zapewniając
szybkie przechodzenie od stanu blokowania do przewodzenia i na odwrót. Jednakże w odróżnieniu
od układu Darlingtona, w tranzystorze IGBT największa część prądu drenu płynie przez kanał
tranzystora MOSFET. Stan blokowania IGBT występuje gdy napięcie między bramką a źródłem jest
niższe od wartości progowej Ugs(th), wielkości znanej z tranzystora MOSFET. Dołączone napięcie
dren-źródło powoduje przepływ bardzo małego prądu upływu.
Jeśli napięcie bramka-źródło przekroczy wartość progową Ugs(th) tranzystora MOSFET struktury
IGBT to zaczyna on przewodzić – płynie prąd drenu określony napięciem kolektor-emiter oraz
wartością napięcia sterującego Uge.
Tranzystor IGBT powstał przez połączenie w obszarze monolitycznego materiału półprzewodnikowego
tranzystora bipolarnego z tranzystorem polowym typu MOS. Utworzona w ten sposób struktura ma
pozytywne cechy obu elementów i stanowi półprzewodnikowy łącznik przydatny do układów o mocy
nawet kilkuset kilowatów i pracujący z częstotliwością przełączania sięgająca 30kHz. Maksymalne
dopuszczalne wartości blokowanego napięcia przekraczają 6kV, co oznacza pełna przydatność IGBT
układach zasilanych z sieci o napięciu skutecznym 400 V i wyższym.
Prądy znamionowe mogą mieć wartości do 3,3 kA. Niezwykle ważną zaleta IGBT jest (przejęta od
tranzystora MOS) łatwość sterowania go przez zmianę potencjału izolowanej bramki, co bardzo
upraszcza konstrukcje całego urządzenia. Pewna wadą IGBT jest natomiast znaczny spadek napięcia
występujący na nich w stanie przewodzenia (ok. 2,5V), jednakże sumaryczne straty mocy w IGBT są
mniejsze niż w klasycznym tranzystorze bipolarnym. Kolejna wada (jak wszystkich półprzewodników
krzemowych) jest ograniczona temperatura pracy do temperatury złącza około 150 °C. Jeszcze inną
wadą jest występowanie tzw. "ogona prądowego" w procesie wyłączania tranzystora, co wydłuża czas
autentycznego wyłączenia. Zjawisko jest związane z potrzebą odprowadzenia ładunków
mniejszościowych z obszaru bramki.