Параллельно с изучением свойств полупроводников происходило и совершенствование технологии изготовления приборов на их основе. Постепенно появлялись все новые элементы, с хорошими эксплуатационными характеристиками. Первый IGBT-транзистор появился в 1985 году и сочетал в себе уникальные свойства биполярной и полевой структур. Как оказалось, эти два известных на тот момент типа полупроводниковых приборов вполне могут “уживаться” вместе. Они-то и образовали структуру, которая стала инновационной и постепенно приобрела огромную популярность у разработчиков электронных схем. Сама аббревиатура IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) говорит о создании гибридной схемы на основе биполярного и полевого транзисторов. При этом способность работать с большими токами в силовых цепях одной структуры сочеталась с высоким входным сопротивлением другой.
Современный IGBT-транзистор отличается от своего предшественника. Дело в том, что технология их производства постепенно совершенствовалась. С момента появления первого элемента с такой структурой его основные параметры изменились в лучшую сторону:
- Коммутируемое напряжение выросло с 1000V до 4500V. Это позволило использовать силовые модули при работе в цепях повышенного напряжения. Дискретные элементы и модули стали более надежными в работе с индуктивностью в силовой цепи и более защищенными от импульсных помех.
- Коммутируемый ток для дискретных элементов вырос до 600A в дискретном и до 1800A в модульном исполнении. Это позволило коммутировать токовые цепи большой мощности и использовать IGBT-транзистор для работы с двигателями, нагревателями, различными установками промышленного назначения и т.д.
- Прямое падение напряжения в открытом состоянии упало до 1V. Это позволило уменьшить площадь теплоотводящих радиаторов и одновременно снизить риск выхода из строя от теплового пробоя.
- Частота коммутации в современных приборах достигает 75 Гц, что позволяет использовать их в инновационных схемах управления электроприводом. В частности, они с успехом применяются в частотных преобразователях. Такие приборы оснащены шим-контроллером, который и работает в "связке" с модулем, основной элемент в котором – IGBT-транзистор. Частотные преобразователи постепенно замещают традиционные схемы управления электроприводом.
- Быстродействие прибора также сильно выросло. Современные транзисторы IGBT обладают di/dt = 200мкс. Имеется в виду время, затраченное на включение/отключение. По сравнению с первыми образцами быстродействие увеличилось в пять раз. Увеличение этого параметра влияет на возможную коммутируемую частоту, что немаловажно при работе с устройствами, реализующими принцип шим-регулирования.
Также совершенствовались и электронные схемы, которые осуществляли управление IGBT-транзистором. Основные требования, которые предъявлялись к ним – это обеспечить безопасное и надежное переключение устройства. Они должны учитывать все слабые стороны транзистора, в частности, его "боязнь" перенапряжения и статического электричества.
