Tranzystory IGBT i dedykowane dla nich sterowniki bramkowe

Mimo rozwoju nowoczesnych technologii półprzewodnikowych takich jak węglik krzemu popularność tranzystorów krzemowych IGBT sukcesywnie wzrasta w aplikacjach mocy. Łączą one w sobie zalety tranzystorów bipolarnych i unipolarnych. Tranzystory IGBT są nieodzownym elementem coraz większej liczby nowoczesnych aplikacji energoelektronicznych. Stosuje się je nie tylko w automatyce przemysłowej, ale też w motoryzacji czy sprzętach AGD. W jaki sposób steruje się tranzystorami IGBT?

Parę słów o tranzystorach IGBT           

Pierwszy tranzystor IGTB, czyli tranzystor bipolarny z izolowaną bramką, został wprowadzony na rynek w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku w odpowiedzi na zapotrzebowanie przemysłu na sprzęt sterowany napięciowo-ładunkowo. Inżynierowie potrzebowali przyrządu, który będzie charakteryzować się wszystkimi zaletami tranzystora MOSFET, ale który będzie wyróżniał się znacznie mniejszą rezystancją w stanie załączenia przy niezmienionej zdolności blokowania napięcia. W gruncie rzeczy specjalistom chodziło o element wysokonapięciowy, który będzie pozwalał na przewodzenie większych prądów przy jednoczesnym ograniczeniu dużych strat energii w obwodzie mocy. Struktury tranzystora IGBT są dopasowane do większych gęstości prądu, przez co wspomniany podzespół może mieć mniejsze gabaryty niż chociażby tranzystor bipolarny. Dzięki temu tranzystory IGBT są tańsze w produkcji i eksploatacji.

Do czego służą tranzystory IGBT?

Tranzystory IGBT znajdują zastosowanie w przemiennikach częstotliwości o standardowej topologii dwugałęziowej nawet do mocy kilkudziesięciu megawatów. Pełnią one rolę łącznika półprzewodnikowego umożliwiającego załączanie prądów do pojedynczych kiloamperów i blokowanie napięć nawet do 4kV dla standardowych modułów IGBT. Można je znaleźć w układach napędowych, ładowarkach pojazdów elektrycznych, zasilaczach przemysłowych, sprzęcie AGD czy urządzeniach spawalniczych. Tranzystory IGBT wykorzystuje się powszechnie w przekształtnikach energoelektronicznych dla OZE (odnawialnych źródłach energii), zarówno w skali przemysłowej, jak i przydomowych instalacjach wiatrowych i fotowoltaicznych.

Jak steruje się tranzystorami IGBT?

Załączanie oraz wyłączanie tranzystora IGBT, szczególnie w przypadku elementów mocy, wymaga dedykowanego sterownika bramkowego. Projektowaniem oraz produkcją takich sterowników zajmuje się firma Markel. Sterownik bramkowy nie tylko zapewnia odpowiednie parametry napięciowe i prądowe dostosowane do wymagań konkretnego tranzystora, ale również posiada funkcje zabezpieczające (chroni element mocy przez zwarciami oraz przegrzaniem). Bardzo istotną funkcją sterownika bramowego jest zapewnienie separacji galwanicznej pomiędzy obwodami sterowania i mocy. Konstrukcja sterownika dla modułów IGBT mocy często jest dostosowana mechanicznie dla łatwej integracji i prostego wykorzystania wszystkich zalet urządzenia.