IGBT چیست؟ (Insulated Gate Bipolar Transistors) یا به معنای تحت الفظی آن ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده از جمله نیمه رساناهای قدرت هستند که دارای توانایی کار با ولتاژها و جریان‌های بالا و نیز دارای فرآیند سوییچینگ سریع میباشند.
IGBT چیست؟
IGBT ها را به عنوان تجهیزاتی با خصوصات ورودی MOSFET ها (ترانزیستور اثر میدان) و خصویات خروجی دوقطبی BJT (ترانزیستور پیوندی دو قطبی) نشان می دهند که یک دستگاه دو قطبی است که با ولتاژ کنترل می شود.
ترانزیستور دو قطبی با گِیت عایق شده یا همان IGBT ها، از نظر نرخ بهره توانی نسبت به ترانزیستور دو قطبی استاندارد در طبقه بندی بالاتری قرار میگیرند. همچنین قابلیت آنها در کار با ولتاژ بالاتر و تلفات ورودی پایین‌تر از ویژگی قابل توجه این تجهیزات میباشد.
BJT و MOSFET ها دارای خصوصیاتی هستند که از جهاتی به صورت مکمل عمل میکنند. برای مثال: BJT ها زمانی که روشن هستند دارای تلفات هدایتی کمتری اند. این درحالی است که زمان سوئیچینگ آنها به خصوص در زمان خاموش شدن طولانی‌تر است. در شرایطی که MOSFET ها قابلیت آن را دارند که به مراتب سریعتر قطع و وصل کنند بنابراین تلفات هدایت آنها بالاتر میباشد. اگر بخواهیم به طور اجماعی این تجهیزات را تعریف کنیم باید بگوییم IGBT ها ترانزیستوری هایی هستند که که به صورت همزمان از مزایای BJT و MOSFET برخوردار میباشند.
از مزایا های ذکر شده میتوان به:
- امپدانس وروردی بالا به مانند MOSFET ها
- افت ولتاژ و تلفات پایین مشابه BJT ها
- دارا بودن قابلیت ولتاژ حالت وصل به مثابه BJT ها
IGBT چیست؟
فلسفه ساخت IGBT
به منظور پرداخت به این مبحث ابتدا بایستی اندکی درباره ترانسیتورها توضیح دهیم:
از ترانزیستورها به جهت فرآیند سوییچینگ هنگام کار با فرکانس های بالا به منظور کنترل سطح ولتاژ DC بهره گرفته میشود. در هنگام افزایش فرکانس به بالاتر از مقدار عملیاتی ترانزیستور، این قطعه دیگر خطی عمل نکرده و باعث تولید نویز مخابراتی بالایی میگردد. پس از برخورد با این مشکل، مهندسین در فرکانسهای کلیدزنی بالا از المانهایی کم مصرف POWER MOSFET بهره جستند، این در حالی است نقطه ضعف این روش آن است که که با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد میشود.
تمامی اشکالات پیش آمده باعث گردید که تجهیزات جدیدی وارد بازار شود که مزایای مطلوب را داشته و از طرفی دیگر معایب BJT و POWER MOSFET را ندارند. این قطعات IGBT نام دارند. در طی سالهای اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از آنها استفاده زیادی شده است.
ساختار و قطعات IGBT
IGBT ها قطعاتی سه پایه یا سه سر هستند که دارای هدایت انتقالی میباشند. همچنین از ترکیب یک ماسفت کانال N با گیت ایزوله در ورودی و یک ترانزیستور دو قطبی PNP در خروجی ساخته میشود که مدار دارلینگتون را تشکیل داده‌اند.
IGBT ها شامل 3 پایه هستند که عبارت است از:
- گیت (Gate)
- کلکتور (Collector)
- امیتر (Emmiter)
IGBT چیست؟
کاربرد IGBT ها
IGBTها شامل استفاده های فراوانی در کاربرد های مختلف هستند از جمله: در زمینه های الکترونیک قدرت مانند اینورتر ها، سروو موتور و اینورتر سه فاز که نیاز به کنترل رنج وسیعی از پهنای باند و نویز کم دارند، مناسب می باشند. همچنین. در منابع تغذیه UPS و مبدل ها، ترانس جوشکاری که به قطعات سوئیچینگ حالت جامد نیاز داشته و MOSFET ها و BJT ها در آن‌جا کارکرد مورد نظر را ارائه نمیدهند استفاده می‌گردند.
این ترانزیستور در بسیاری از لوازم مدرن از جمله خودروی الکتریکی، لوکوموتیو ها، یخچال فریزرها، دستگاه‌های تهویه هوا، سیستم‌های صوتی و تقویت کننده‌های قدرت مورد استفاده قرار گرفته اند.