Presque toute personne moderne a au moins entendu dire que les transistors sont largement utilisés dans divers appareils électroniques et électriques. Les experts en électronique savent que les transistors sont divisés en bipolaire et en champ. La principale différence entre les deux est que les transistors bipolaires sont entraînés par un courant qui est alimenté à leur base, tandis que ceux de champ sont alimentés par une tension dont le potentiel est appliqué à la grille de ces éléments.
Il existe également un autre type de transistor qui a été développé à la fin des années 70. siècle dernier et s'appelle IGBT. Ce dispositif semi-conducteur combine les principales caractéristiques d'un transistor bipolaire et d'un transistor à effet de champ: il est de structure similaire à un dispositif bipolaire, mais il est contrôlé en tension. Cette propriété intéressante est obtenue grâce au fait que la grille en tant qu'électrode de commande est rendue isolée.
Structure IGBT
Du point de vue de sa structure interne, l'IGBT est réalisé sous la forme d'une structure composite et est une combinaison d'un transistor à effet de champ et d'un transistor bipolaire. La partie bipolaire de la structure reprend les fonctions de puissance, tandis que l'élément de terrain implémente les fonctions de contrôle. Les noms de deux électrodes sont empruntés à l'élément bipolaire: le collecteur et l'émetteur, et selon le champ, l'électrode de commande est appelée grille.
Les deux blocs principaux de la structure forment un seul tout et sont interconnectés comme le montre la figure 1. Il en résulte que le transistor IGBT peut être considéré comme un développement du circuit Darlington bien connu, réalisé à partir de deux transistors bipolaires.
Avantages
Le schéma d'interaction de ses principaux blocs utilisés dans les éléments IGBT permet d'éliminer l'un des les principaux inconvénients d'un transistor bipolaire puissant: un gain en actuel. Ainsi, lors de la construction des éléments clés, la puissance requise des circuits de commande est considérablement réduite.
L'utilisation d'une structure bipolaire dans un transistor IGBT en tant que force élimine l'effet de saturation, ce qui augmente sensiblement sa vitesse de réponse. Dans le même temps, la tension de fonctionnement maximale augmente et la perte de puissance à l'état passant diminue. Les éléments les plus avancés de ce type commutent des courants de centaines d'ampères, et la tension de fonctionnement atteint plusieurs milliers de volts à des fréquences de fonctionnement allant jusqu'à plusieurs dizaines de kHz.
Conception et portée du transistor IGBT
De par sa conception, comme suit de la figure 2, le transistor IGBT a une conception traditionnelle, prend en charge montage direct sur un radiateur et ne nécessite pas non plus de changements dans la conception et la technologie d'installation des circuits de puissance électronique.
Il va sans dire que les IGBT peuvent être intégrés dans des modules. Un exemple de l'un d'entre eux est illustré à la figure 3.
Les domaines d'intervention des applications IGBT sont:
- sources d'alimentation de type à impulsions à courant continu;
- systèmes de commande d'entraînement électrique;
- sources de courant de soudage.
Outre les alimentations électriques conventionnelles et sans interruption de divers équipements, les transistors IGBT sont attrayants pour le transport électrique, car permettent un contrôle de haute précision de l'effort de traction et éliminent les secousses typiques des systèmes à commande mécanique lorsque mouvement.