Элементная база силовой электроники

MOSFET

Со встроенным каналом (depletion mode)

С индуцированным каналом (enhancement mode)

Канал n- или p-типа

Высокое входное сопротивление

отсутствуют неосновные носители заряда

Положительный температурный коэффициент сопротивления у MOSFET

Шире область безопасной работы (SOA) за счет малых времен переключения

Характеристики

Напряжение пробоя (BVDSS) «сток-исток»

Лавинный пробой. Обратносмещенный внутренний p-n-переход между р-областью и областью дрейфа

«Прокол» p-n-перехода.

Сопротивление «сток-исток» в открытом состоянии

Крутизна (transconductance)

Пороговое напряжение

Падение напряжения на внутреннем диоде

Рассеиваемая мощность

Тиристоры (SCR, GTO и ICGT)

Однооперационный тиристор

По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения

При малых значениях внешнего напряжения, практически все оно падает на коллекторном переходе

При напряжении переключения процесс приобретает лавинообразный характер

+ Низкое падение напряжения в открытом состоянии

+ Высокая допустимая плотность тока

+ Высокое коммутируемое напряжение

+ Стойкость к токовым перегрузкам

+ Высокая надежность и высокие показатели коммутируемая мощность/площадь кристалла и коммутируемая мощность/цена

- Низкое быстродействие

- Ограниченная управляемость

Запираемые тиристоры (GTO)

аналогична структуре однооперационного тиристора

В открытом состоянии базовые слои прибора заполнены дырками и электронами, инжектированными из анода и катода

Приложение отрицательного импульса к управляющему электроду приводит к экстракции части дырок из р-слоя

наличием сопротивления базовой области

Выключаемый ток через тиристор ограничен лавинным пробоем перехода П3

Время выключения в 10 раз превышает время выключения обычного тиристора

Основной недостаток GTO – потери в защитных цепях (R)

Тиристоры с коммутацией по цепи управления – GCT и IGCT

Нечувствительный к dU/dt

Динамические процессы при выключении в GCT протекают на один-два порядка быстрее, чем в GTO

IGBT

Интегрированные GCT (IGCT)

Современные IGCT переключают мощность до 10 МВт при напряжениях 2.3; 4.16 и 6.9 кВ

Очень малая индуктивность управляющего электрода за счет коаксиального соединения и применения многослойной платы

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)

Структура с каналом n-типа с добавлением подложки типа р

Приложение напряжения к затвору приводит к протеканию тока от эмиттера к коллектору

IGBT является биполярным прибором, в котором часть тока переносится неосновными носителями заряда (дырками)

Возможность «защелкивания» IGBT из-за срабатывания паразитного тиристора

Драйверы для управления MOSFET и IGBT

защита от короткого замыкания ключа

защита от понижения напряжения питания драйвера

защита от сквозных токов

защита от пробоя затвора

Ограничение напряжения на затворе

Цепи управления должны иметь минимальную длину, индуктивность должна быть скомпенсирована, цепи изолированы от соседних силовых кабелей

При параллельном включении цепи должны быть идентичными

Резистор “затвор – исток”: защита от статического электричества и предотвращение перезаряда цепи затвора при увеличении импеданса цепи управления

Установка супрессора или стабилитрона позволяет ограничить перенапряжение, наведенное через емкость Миллера