Тепер розглянемо більш докладно процеси, що відбуваються при комутації IGBT транзисторів, використовуючи таку ж методику, яка застосовувалася нами для транзисторів MOSFET, тобто за умови подання на затвор прямокутних імпульсів з високою крутизною фронтів і спадів Але спочатку попередимо читача, що у складі IGBT приладу також є паразитні міжелектродні ємності, які «затягують» динамічні процеси (рис 2132) Далі ми побачимо, що в транзисторі IGBT також діє ефект Міллера, передумовою до виникнення якого є ємність Cgc

Звернемося тепер до рис 2133, на якому показана схема дослідження комутаційних процесів Ця схема аналогічна наведеної для транзистора MOSFET Результати замірів показані на рис 2134 При подачі від генератора керуючого імпульсу (рис 2134, а) через затворний резистор Rg починає заряджатися вхідна ємність внутрішнього польового транзистора (рис 2134, б)у але напруга «колектор-емітер» (рис 2134, в) не зменшується і струм в ланцюзі «колектор-емітер» поки не починає текти

Ділянка (1), що носить назву часу затримки включення (turn-on delay time) продовжується до тих пір, поки напруга Uge не досягне напруги відкривання внутрішнього польового транзистора На ділянці (2) відбувається перезаряд ємності Міллера і відкривання транзистора Час, що витрачається на цей процес, носить назву часу наростання (rise time) У ланцюзі «колектор-емітер» зявляється струм На ділянці (3) відбувається заряд вхідний ємності до напруги Ug, На ділянці (4) транзистор IGBT повністю відкритий Відкрите стан транзистора може тривати необмежено довго – поки не буде поданий на затвор закриває імпульс

Вимкнення транзистора (переклад в режим відсічення) починається на ділянці (5), коли напруга на затворі знижується до порогового рівня за час затримки вимкнення (turn-off delay time) Сподіваємося, що поки читач не помітив якихось відмінностей поведінки IGBT транзистора від транзистора MOSFET Але – увага – Зараз ці відмінності зявляться На початку ділянки (6), коли проявляється процес збільшення напруги (Рис 2134, в), струм колектора якийсь час зберігає своє значення через протікання процесу розсмоктування неосновних носіїв, потім різко спадає майже до нуля, що займає проміжок часу, званий часом спаду (fall time) Однак на цьому процес виключення транзистора не закінчується, оскільки внутрішні процеси рекомбінації неосновних носите-

Рис 2134 Тимчасові діаграми комутаційних процесів в транзисторах IGBT

лей ще тривають На ділянках (7) і (8), показаних на рис 2134, г), спостерігається «струмовий хвіст», що характеризується неперіодичними коливаннями колекторного струму

Слід зазначити, що криві заряду затвора для транзисторів однієї серії, але різних класів, приблизно однакові, що також свідчить про те, що динамічні властивості IGBT приладів визначаються їх біполярної складової, а не польовий Для ілюстрації цього факту на рис 2135 наведені криві заряду затворів транзисторів, включених до табл 216

У транзисторів IGBT, як і у транзисторів MOSFET, відсутня ділянка вторинного пробою, характерний для біполярних транзісто-

Рис 2135 Криві заряду затвора для транзисторів серії IRG4PC50

рів Крім того, з підвищенням температури напруга насичення «колектор-емітер» у IGBT приладів зменшується, в той час як опір каналу транзисторів MOSFET зростає Перевантажувати IGBT транзистор по напрузі «колектор-емітер» не допускається, але за струмом він витримує в середньому 5 .. 10-кратні короткочасні (неповторювані) перевантаження Область безпечної роботи IGBT приладів визначається максимальною температурою напівпровідникового кристала, типове значення Tj якого становить 150 ° С Область безпечної роботи транзистора IGBT визначається по максимальному імпульсного струму колектора (pulsed collector current) і максимального напруження «колектор-емітер» (collector-to-emitter voltage) – при експлуатації в межах діапазону робочих частот На рис 2136 представлена ​​область безпечної роботи транзистора IRG4PC40U Площа під кривою позначена як safe operating area – ця площа і є областю допустимих режимів роботи транзистора (в різних поєднаннях струмів і напруг) Добре видно, що IGBT транзистор витримує пікові (неповторювані) струмові перевантаження аж до граничних значень напруги «колектор-емітер»

Ще раз повторимося, що експлуатувати IGBT транзистор певного класу можна тільки в тому діапазоні частот, для якого він призначений Точніше, використовувати більш високочастотні класи на низьких частотах припустимо (хоча це марнотратно – чим вище клас, тим більше вартість приладу), а ось «розганяти» повільні IGBT транзистори не рекомендується Взагалі, якщо бути до кінця точними, то теоретично використовувати повільний прилад на

Рис 2136 Область безпечної роботи транзистора IGBT типу IRG4PC40U

високих частотах можливо, але практично доведеться сильно знизити величину допустимого граничного тривалого струму, і, до того ж, велика частина енергії витратиться на втрати перемикання, що знизить ККД схеми «Воно вам треба» – Як кажуть ..

І все ж, яка здатність навантаження IGBT приладів в різних діапазонах частот Як точно визначити, на яких частотах допускається «працювати» без зниження максимального значення струму колектора, а де доведеться його знизити У технічній документації на цей рахунок наводиться графік, званий типовий залежністю струму навантаження від частоти (typical load current vs frequency) Для наочності на рис 2137 дані графіки обєднані в одній координатній сітці для чотирьох класів згаданих у цьому розділі транзисторів

Рис 2137 Порівняльні частотні характеристики IGBT транзисторів різних класів на прикладі IRG4PC50

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил