18978 P1010301 (3)

Elementy energoelektroniczne

du bazy Ibb który musi występować w ciągu całego czasu trwania impulsu prądu wyjściowego. Przerwanie przepływu prądu Ic zostaje wymuszone przez zanik lub zmianę kierunku prądu bazy. Moc sygnału wyjściowego w tranzystorze mocy wynosi 0,1-0,4 mocy przełączonej w obwodzie kolektor-emitęr. Tranzystor bipolarny mocy powinien mieć jak największe napięcie kołektor-emiter (Uce ok. 1,2 kV), jak największy prąd kolektora (ok. 1 kA) i jak największe wzmocnienie prądowe (h₂iE ⁼ 5-10). Spadek napięcia przy przepływie prądu nasycenia UcE(sat) = 0,3-0,7 V silnie wzrasta wraz ze wzrostem napięcia Uce- Czasy przełączania, istotne w układach pracujących z dużą częstotliwością, wynoszą: t₀N ⁼ 1-2 ps, t₀FF ⁼ 5-7 ps. Stosunkowo długie czasy przełączania ograniczają zakres dopuszczalnej częstotliwości pracy do 30 kHz. Zazwyczaj produkuje się tranzystory złożone z dwu lub większej liczby struktur w pojedynczej płytce krzemowej (Dar-

Rys.2.18. Monolityczna struktura tranzystora bipolarnego mocy w układzie Darlingtona

lington) (rys.2.18).

Kaskada tranzystorów wymaga dodatkowej diody SUD (Speedy Upt Diodę) do przyspieszenia procesu wyłączania tranzystora głównego ujemnym prądem bramki. Wiele firm włącza równolegle dodatkowo szybką diodę przepięciową włączoną równolegle do wyjścia, tworząc połączenie modułowe. Dzięki tym zabiegom moduły tranzystorowe w układzie Darlingtona osiągnęły parametry konkurencyjne (szczególnie cenowo) w stosunku do innych zaworów. Jedyną wadą układu Darlingtona pozostał większy spadek napięcia nasycenia (około 2,5 V) oraz mniejsza niż pojedynczego tranzystora częstotliwość pracy.

2.3.2. Tranzystory połowę mocy MOSFET (HEXFET)

Tranzystory połowę mocy MOSFET (Metal Oxide Semicon-ductor Field Effect Transistor), które pojawiły się na rynku kilkanaście lat temu, rozpoczęły nową erę w technologii i produkcji przyrzą-

dów półprzewodnikowych. Technologia ta umożliwiła opracowanie nowej grupy przyrządów i jest dziś powszechnie stosowana do wytwarzania tranzystorów z izolowaną bramką IGBT oraz wielkiej rodziny układów scalonych mocy PIC (Power Integrated Circuit). Pierwsze tranzystory mocy MOSFET ukazały się w sprzedaży w 1976 roku. Wyprodukowała je firma amerykańska Siliconix pod nazwą HEXFET. W 1979 roku firma niemiecka Siemens rozpoczęła produkcję tranzystorów SIPMOS (Siemens Power MOS) na napięcie 1000 V. Ten poziom napięcia na ogół jest utrzymywany do dziś.

Tranzystory MOSFET wykonane są z kanałem typu n bądź p. Tranzystory z kanałem n sterowane są dodatnim napięciem bramka-źródło. Tranzystory z kanałem p mają ponad dwukrotnie większą rezystancję dren-źródło w stanie przewodzenia Rdsioni niż tranzystory z kanałem n o tym samym napięciu wstecznym, dlatego też produkowane są przeważnie na mniejsze napięcia wsteczne. Symbol i charakterystykę tranzystora unipolarnego przedstawia rysunek 2.19.

Rys.2.19. Polowy (unipolarny) tranzystor mocy MOSFET: a) symbol graficzny, b) charakterystyki wyjściowe los=f (W>M    różnych wartości Ues,

c) charakterystyka przejściowa Id t(Ocs), d) obszar bezpiecznej pracy

35