P1010302 (3)

Elementy energoelektroniczne

Ze względu na udział w przewodnictwie prądu jedynie nośników większościowych tranzystory połowę cechują krótkie czasy przełączania - rzędu kilkudziesięciu ns. Pozwala to na ich wykorzystanie w układach sterujących o częstotliwości powyżej 100 kHz. Sterowanie tranzystorem MOSFET małej rezystancji kanału powoduje duże stromości narastania prądu drenu, a tym samym, na skutek występowania indukcyjności generuje niepożądane duże przepięcia Uds- Aby zapobiec tego rodzaju szkodliwym zjawiskom, stosuje się strukturę, w której MOSFET jest zintegrowany z szybką diodą zwrotną FREDFET (Fast Recovery EpitasciaJ Diodę Field Effect Transistor). Ma ona bardzo krótki czas odzyskania zdolności zaporowej. Jeżeli energia przepięcia przekracza możliwości rozproszenia jej przez MOSFET, należy stosować dodatkowe elementy zabezpieczające.

Możliwe jest zabezpieczenie przez bocznikowanie elementami czynnymi (Active Clamp) lub biernymi (Passive Clamp). Elementami czynnymi są diody szybkie (rys.2.20) lub warystory. Układy bierne

M

Rys.2.20 Zabezpieczenia przed skutkami przepięć: a) elementy czynne, b) elementy bierne

¹ —I    Ri

Oi

C,

stanowią układy (snubber), które przekazują energię przepięcia do pojemności podłączonej bezpośrednio do drenu tranzystora. Obecnie coraz częściej tranzystory MOSFET zastępują tranzystory bipolarne, gdyż mają znacznie większą odporność na przeciążenia i przepięcia. Główną ich zaletą pomimo większych strat przewodzenia jest mała moc sygnałów sterowania. Tranzystory połowę małej mocy są stosowane w elektrotechnice pojazdów, w telekomunikacji, zasilaczach z przetwarzaniem energii, wzmacniaczach. Tranzystorów większej mocy używa się w energoelektronice do budowy czoperów oraz fa-

lowników PWM. Tranzystory połowę są elementami składowymi różnych układów scalonych typu PIC.

2.3.3. Tranzystory z izolowaną bramką IGBT

Tranzystory bipolarne z izolowaną bramką IGBT (Insuled Gale Bipolar Transistor) stanowią bardzo intensywnie rozwijającą się ostatnio grupę tranzystorów przełączających, w których występuje sterowanie napięciowe (rys.2.21). Tranzystory IGBT łączą korzystne właściwości tranzystorów bipolarnych i potowych, uzyskując niskie napięcie nasycenia Udssm i krótkie czasy przełączania t₀N, tor*- Właściwości te gwarantują efektywną pracę elementów w zakresie częstotliwości 10-30 kHz, a nawet 100 kHz, przy wykorzystaniu układów rezonansowych w falownikach. W nadchodzących latach tranzystory IGBT mogą wyprzeć tranzystory bipolarne z układów przekształtnikowych małej i średniej mocy, wymagających zwiększonej częstotliwości napięcia wyjściowego. Najważniejsze zalety tych tranzystorów są następujące:

-    duża impedancja wejściowa,

-    duża szybkość działania,

-    duży obszar bezpiecznej pracy.

a)

6°—I

Rys.2.21. Tranzystor z izolowaną bramką IGBT: a) symbol graficzny, b) statyczne charakterystyki wyjściowe lc = f(Uce) dla różnych wartości Uei c) charakterystyka przejściowa Id = t(Uee)

37