IGBT چیست؟ (Insulated Gate Bipolar Transistor)  یا ترانزیستور دوقطبی با گیت عایقی

یک قطعه الکترونیکی نیمه هادی قدرتمند با سه پایه  و یکی از مهم ترین و پرکاربردترین قطعه ها در صنعت الکترونیک است. این قطعه ترکیبی از مزایای MOSFET و BJT را همزمان در خود دارد و به همین دلیل در مدارهای قدرت بالا، ترانزیستور پیوندی دوقطبی و ترانزیستور اثر میدان کنترل موتور، اینورترها و مبدل‌های انرژی به‌ صورت گسترده استفاده می‌شود.

چرا IGBT اهمیت دارد؟

آی جی بی تی یا ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق شده، یک سوئیچ الکترونیکی قدرت است که می تواند ولتاژهای بالا و جریان های زیاد را با سرعت بالا قطع و وصل کند. IGBT سه ترمینال دارد، که ترمینال های IGBT به عنوان Emitter ، collector,  gate  برچسب گذاری می شوند. دو ترمینال آن (C-E) با مسیر هدایت مرتبط هستند که جریان را عبور میدهند در حالیکه ترمینال سوم (G) دستگاه را کنترل می نماید. IGBT با استفاده از ساختار گیت عایق شده ماسفت و رفتار جریان محور بی جی تی، هم قابلیت کنترل آسان دارد و هم می تواند ضررهای کم و توان زیاد ارائه دهد.

ساختار IGBT چگونه است؟

IGBT از سه ساختار تشکیل شده است:

۱-گیت (Gate): این پایه نقش کنترل کننده را دارد. با اعمال یک ولتاژ کوچک به این پایه می توان جریان اصلی را قطع یا وصل کرد.

۲.کلکتور(Collector): یکی از دوپایه اصلی مسیر عبور جریان است.

۳.امیتر(Emitter): دومین پایه مسیر جریان که جریان از کلکتور وارد و از این پایه خارج می شود.

IGBT چگونه کار می کند؟

عملکرد IGBT به تغییر وضعیت گیت وابسته است:

حالت روشن (ON)

• زمانی که ولتاژ مثبت بین گیت و امیتر اعمال می‌شود، کانال رسانا تشکیل می‌شود.
• جریان از کلکتور به امیتر عبور می‌کند.
• IGBT با تلفات کم، جریان زیادی را عبور می‌دهد.

حالت خاموش (OFF)

• با حذف ولتاژ گیت، کانال رسانا از بین می‌رود.
• جریان متوقف می‌شود.
• به دلیل ساختار BJT، زمان خاموش شدن IGBT کمی بیشتر از MOSFET است اما همچنان برای اغلب کاربردها مطلوب است.

مزایای IGBT

۱.تحمل ولتاژهای بالا

آی جی بی تی می تواند ولتاژهای بسیار بالا یعنی تا هزاران ولت را تحمل کند. به همین علت می تواند در ماشین های هیبریدی، اینورترها و منابع تغذیه صنعتی کاربرد دارد.

۲.تلفات هدایت کم و بازده بالا:

به دلیل افت ولتاژ کم در حالت روشن IGBT در مدارهای قدرت بالا یارده بسیار مناسبی دارد.

۳.کنترل آسان با ولتاژ گیت

IGBT، نیاز به جریان ورودی بسیار کمی دارد.

۳.مناسب برای فرکانس های متوسط

در محدوده‌ی چند کیلو هرتز تا چند ده کیلو هرتز عملکرد مطلوبی دارد.

معایب IGBT

اگرچه IGBT مزایای زیادی دارد، اما معایبی نیز دارد:

• سرعت سوئیچینگ کندتر از MOSFET
  به دلیل وجود حامل‌های اقلیت، زمان خاموش شدن IGBT کمی طولانی است.
• مناسب نبودن برای فرکانس‌های بسیار بالا
  برای کاربردهای بالاتر از 100 کیلوهرتز معمولاً MOSFET انتخاب بهتری است.
• حساسیت به دما
  IGBT در دماهای بالا ممکن است دچار افت کارایی شود.

کاربرد ترانریستورIGBT

IGBT به دلیل سوئیچینگ جریان های بالا، مدیریت ولتاژهای سنگین و یکی از پرکاربردترین قطعه های نیمه رسانا در تجهیرات صنعتی، الکترونیکی، برقی و صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.

۱. اینورترها

در اینورترهای خورشیدی، صنعتی و خانگی از IGBT برای تبدیل DC به AC استفاده می‌شود.

۲. کنترل دور موتور

در درایوهای موتورهای AC و DC، IGBT نقش کلیدی دارد.

۳. منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS)

در پاورهای صنعتی و تجهیزات مخابراتی IGBT به‌عنوان سوئیچ قدرت کاربرد دارد.

۴. خودروهای الکتریکی و هیبریدی

برای کنترل موتور و مدیریت انرژی باتری.

۵. قطارهای برقی و حمل‌ونقل سنگین

IGBT یکی از اجزای اصلی سیستم‌های کنترل قدرت در قطارها و مترو است. .

۶. UPSهای صنعتی

برای ایجاد برق پایدار و بدون نوسان.

جمع‌بندی

IGBT یکی از مهم‌ترین نیمه‌ رساناها است که ترکیبی از مزایای MOSFET و BJT را دارد. به‌دلیل توانایی کار در ولتاژ و جریان‌های بالا، بازده مناسب، کنترل ساده و قابلیت اطمینان بالا، در بسیاری از صنایع از جمله اینورترهای خورشیدی، کنترل دور موتور، خودروهای برقی و منابع تغذیه سوئیچینگ به‌طور گسترده استفاده می‌شود.