IGBT texnologiyasining asosiy afzalliklari va IGBT modullar.
IGBT tranzistorlar paydo bo‘lgunga qadar kuch elektronikasi priborlari ichida eng afzali yopiluvchi tiristorlar (GTO) edi. Lekin o‘zgartkichlarni ishlab chiqishda IGBT tranzistorlar GTO tiristorlarga nisbatan quyidagi afzalliklarga ega: narxi, o‘lchamlari va massasi kichik; tejamliligi va ishonchliligi yuqori.
Narxi, o‘lchamlari va massasi. IGBT dan foydalanilganda snabber zanjirlar va dI/dt ni kamaytiruvchi reaktorga ehtiyoj bo‘lmaydi, sxema soddalashadi, undagi elementlarning soni kamayadi, natijada o‘zgartkich qurilmaning narxi, o‘lchamlari va massasi GTO tiristorlarda bajarilgandagiga nisbatan kamayadi. Bundan tashqari IGBTlarning zatvori izolyatsiyalangan bo‘lishi sababli, ularni sovitish tizimining radiatorlariga burab mahkamlash mumkinligi montaj qilishni osonlashtiradi. Natijada komponentlarni almashtirishga ketadigan vaqt qisqaradi, platalarni standartlash esa konstruksiyani arzonlashtiradi va uning ishlash muddatini uzaytiradi.
Tejamliligi va ishonchliligi. Quvvat isroflariga olib keluvchi snabber zanjirlarning zarur emasligi va IGBTlarda kommutatsiya isroflarining kamligi o‘zgartkichdagi umumiy isroflarning kamayishi va uning tejamliligi ortishiga olib keladi.
IGBTlardan foydalanib tayyorlangan qurilmalarning ishonchliligi ulardagi elementlar sonining kam bo‘lishi sababli ham ortadi. Bundan tashqari IGBT asosida tayyorlangan o‘zgartkichlar tokning sakrashi va o‘ta kuchlanishlardan to‘laroq himoyalanishi ularning shikastlanish ehtimolini keskin pasaytiradi.
Hozirgi vaqtda kuchlanishi 6,5 kVgacha va undan yuqori bo‘lgan IGBT tranzistorlar ishlab chiqarilmoqda. Tranzistorlar texnologiyasi quyidagi ikki yo‘nalishda rivojlanmoqda:
birinchi yo‘nalish – arzon materiallar va texnologiyalarni qo‘llab ishlab chiqarishni arzonlashtirish va tranzistorning konstruksiyasini soddalashtirish. Bu yo‘nalishda maydonli tranzistorlar (MOP strukturalar) afzalliklarga ega. Kompyuter protsessorining har bir kristallida millionlab bunday tranzistorlar joylashtirilgan;
ikkinchi yo‘nalish – kuchaytirish koefftsientini orttirish, jumladan, quvvati katta yuklamalarni boshqaruvchi priborlarni yaratish, ya’ni, yopiq holatda minglab volt kuchlanishlarni proboysiz ko‘taruvchi va ochiq holatda minglab amper tokni o‘tkazishi mumkin bo‘lgan priborlarni yaratish.
Ikkala yo‘nalishda ham erishilgan muvaffaqiyatlarga eng yangi misollardan biri sifatida zatvori izolyatsiyalangan bipolyar tranzistor IGBT ni ko‘rsatish mumkin. U oddiy bipolyar tranzistordagi kabi tok bilan emas balki maydonli tranzistordagi kabi kuchlanish (maydon) yordamida boshqariladi. Natijada boshqaruvchi signalning quvvati minimal darajada bo‘ladi. IGBT tranzistorning o‘zi esa yuzlab hatto minglab amper toklarni o‘tkazadigan qilib tayyorlanadi. U tiristordan farqli ravishda boshqaruvchi signal yo‘qolsa «yopiladi», ya’ni elektr tokini o‘tkazmaydi. IGBT tranzistorning kuchaytirish koefftsienti juda katta, millionlarga teng. Uning ochiq holatdagi qarshiligi juda kichik bo‘lishi sababli yuzlab kilovatt quvvatni boshqarishi mumkin.
IGBTmodullar. Hozirgi vaqtda IGBT tranzistorlar modular ko‘rinishida bir tomondan sovitiluvchi to‘g‘ri burchakli kopnuslarda («Mitsubishi», «Siemens», «Semikron») va ikki tomondan sovitiluvchi tabletkasimon («Toshiba Semiconductor Group») ishlab chiqarilmoqda. Bir tomondan sovitiluvchi modullar plastmassa kopnuslarda kontaktlari kavsharlangan va asosi izolyatsiyalangan ko‘rinishda bajariladi. Hamma elektr kontaktlar korpusning yuqori qismida joylashgan. Ajralib chiquvchi issiqlik tranzistorning asosi orqali olib ketiladi (8.10-rasm)
8.10-rasm. IGBTmodulning tuzilishi: 1 kristall; 2 – keramika qatlami; 3 kavsharlash; 4 – pastki issiqlik tarqatuvchi asos.
IGBT ning boshqarish toki kichik, shuning uchun uning boshqarish zanjiri - drayveri konstruktiv jihatdan ixcham. IGBT modullarda drayverlar bevosita modullarning tarkibiga kiritilgan. IGBTda bajarilgan «intellektual» tranzistorli modullar (ITM) quyidagi «intellektual» qurilmalarni o‘z ichiga oladi: qisqa tutashuv toklaridan himoya; diagnostika tizimi; boshqaruvchi signalning yo‘qolishidan himoya; manba kuchlanishining yo‘qolishidan himoya va boshqalar.
Ayrim hollarda IGBTli ITMlarning tarkibida kenglik-impuls modulyatsiyali boshqarish tizimi va bir kristalli EHM ham bo‘ladi. Ko‘pchilik modullar quvvat koefftsientini korrektsiyaqilish va ta’minlovchi tarmoqda hosil bo‘ladigan yuqori chastotali garmonikalarni kamaytirish uchun aktiv fltr bilan ta’minlanadi.
IGBT-modul o‘zining ichki elektr sxemasi bo‘yicha yakka IGBT yoki ikkilangan modul (half-bridge) bo‘lishi mumkin. IGBTmodullarning keng tarqalgan sxemalari 8.11-rasmda keltirilgan.
8.11-rasm. IGBTmodullarning sxemalari
Zamonaviy IGBT-modullar hozirgi vaqtda quyidagi qurilmalarni tayyorlashda keng ishlatilmoqda: boshqarilmaydigan va boshqariluvchi to‘g‘rilagichlar; avtonom invertorlar; induktsion qizdirish o‘zgartkichlari; payvandlash apparatlari; uzluksiz ta’minlash manbalari va boshqalar.
SPT chipli HiPak™ IGBT modullarning parametrlari
8.1-jadval
IGBT modullarning parametrlari. ABB Semiconductors kompaniya ishlab chiqaradigan SPT chipli HiPak™ IGBT modullarning parametrlari 8.1-jadvalda keltirilgan.
