Tranzystor IGBT

IGBT (ang. Insulated Gate Bipolar Transistor) - tranzystor bipolarny z izolowaną bramką. Jest to element półprzewodnikowy mocy używany w przekształtnikach energoelektronicznych o mocach do kilkuset kilowatów.

Łączy zalety dwóch typów tranzystorów: łatwość sterowania tranzystorów polowych i wysokie napięcie przebicia oraz szybkość przełączania tranzystorów bipolarnych; jest wykorzystywany m.in. w falownikach jako 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 50kHz. 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 4 kA. Niezwykle ważną zaletą 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 od -20 °C 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.