IGBT چیست و چه کاربردی دارد

IGBT چیست و چه کاربردی دارد:

IGBT مخفف INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR میباشد. یک دستگاه نیمه هادی سه ترمینال با توانایی انتقال دو قطبی در جریان های زیاد است.

                                                                              

 

ترمینال های  IGBT به عنوان ، Emitter ، collector,  gate  برچسب گذاری میگردند. دو ترمینال آن (C-E) با مسیر هدایت مرتبط هستند که جریان را عبور میدهند در حالیکه ترمینال سوم (G) دستگاه را کنترل مینماید.

 IGBT ها به نحوی طراحی شده اند تا از مزایای دستگاه های BJT و MOSFET در قالب یکپارچه استفاده کنند که بدین ترتیب ویژگی های هر دو را برای رسیدن به یک دستگاه بهینه ترکیب مینماید. IGBT ها برای استفاده در POWER ELECTRONICS ، UPS ها ، SMPS ، و بسیاری مدار های قدرت دیگر میباشند. که بدین ترتیب باعث افزایش کارایی ، عملکرد پویا و کاهش سطح صدای قابل شنیدن می شود. این دستگاه ها به طور مشابه در مدارهای مبدل رزونانس ، نیز نصب شده اند. IGBT ها به منظور حداقل هدر رفت هدایت و سوئیچینگ استفاده میگردند.

                                                                                               

IGBT یک ترانزیستور الکترونیکی سه ترمینال است و این ترمینال ها به عنوان فرستنده(EMITTOR) ، کالکتور(COLLECTOR) و گیت(GATE) نامیده میشوند. دو ترمینال آن یعنی فرستنده و کالکتور با مسیر هدایت همراه است و ترمینال باقی مانده G  و یا همان گیت با کنترل آن همراه است. تجمیع تقویتی که توسط IGBT بدست می آید ، بین سیگنال های ورودی و خروجی در جریان میگردد.

IGBT ها بیشتر به عنوان سوئیچ ها برای مبدل های فرکانس بالا و غیره استفاده میگردند. تغییرات دیود بسیار مهم است چرا که وقتی سوئیچینگ IGBT خاموش است ، جریان توسط بار تعیین میگردد که در بسیاری از موارد به صورت القایی است.

IGBT ها به صورت اصلی در برنامه های الکترونیک قدرت استفاده میگردند همچون اینورتر ها ، مبدل ها ، منابع تغذیه ، درایوهای متغیر فرکانس (VFD)، اتومبیل های الکتریکی ، قطار ها ، یخچال های متغیر سرعت ، لامپ های کم مصرف ، تهویه مطبوع و حتی سیستم های استریو با تقویت کننده های سوئیچینگ استفاده میگردند.

 

                                                      

IGBT در برنامه هایی که خواسته های سوئیچینگ با دو قطبی قدرت و MOSFET ها انجام نمیگردد. دوقطبی های با جریان بالا و ولتاژ بالا وجود دارند ولی سرعت سوئیچینگ آنها آهسته است. MOSFET ها دارای سرعت SWITCH بالا هستند اما دستگاه های با جریان و ولتاژ بالا گران هستند. مزیت دستگاه های IGBT نسبت به BJT و MOSFET این است که قدرت بیشتری از ترانزیستور نوع دو قطبی استاندارد همراه با عملکرد ولتاژ بالاتر و کمینه ورودی MOSFET را فراهم میکند. در واقع یک FET یکپارچه با یک ترانزیستور دو قطبی در شکل پیکربندی نوع دارلینگتون است.

                                                       

 

                                                               

از آنجا که IGBT یک دستگاه کنترل ولتاژ است به حداقل ولتاژ بر روی پورت GATE نیاز دارد تا جریان را از طریق دستگاه حفظ نماید. و این بر خلاف BJT ها است که نیاز به ولتاژ پایه مداوم برای حفظ جریان دارد.

IGBT یک دستگاه یک طرفه است ، به این معنی که فقط میتواند جریان را در جهت رو به جلو سوئیچ کند که از COLLECTOR به EMITTER برخلاف MOSFET که توانایی سوئیچینگ جریان دو طرفه دارد (کنترل شده در جهت رو به جلو و کنترل نشده در جهت معکوس).

مزیت اصلی استفاده از ترانزیستور های IGBT با انواع دیگر ترانزیستور ها ، عبارتند از توان ولتاژ بالا ، مقاومت کم ON ، هدایت شوندگی ساده ، سرعت سوئیچینگ نسبتا سریع و ترکیب با جریان ورودی صفر انتخاب خوبی برای سرعت متوسط خواهد بود ، برنامه های ولتاژ بالا همچون PWM ، کنترل سرعت متغیر ، منبع تغذیه SWITCH MODE یا برنامه های مبدل AC-DC خورشیدی و مبدل های فرکانس که در محدوده صدها کیلوهرتز کار میکنند از مزیت های این نوع ترانزیستور بر شمرده میشوند.

یکی از مزایای مهم IGBT سادگی است که با استفاده از یک ولتاژ گیت مثبت ، میتوان آن را به ON  و یا با ایجاد یک گیت صفر یا کمی منفی به OFF هدایت کرد و در انواع برنامه ها از این نوع سوئیچینگ استفاده نمود. همچنین میتوان در منطقه فعال خطی برای استفاده در تقویت کننده های قدرت (آمپلیفایر ها) از آن استفاده کرد. با توجه به مقاومت کمتر در حالت ON ، اتلاف کمتر جریان در سوئیچینگ و دارا بودن توانایی مناسب ، برای تغییر ولتاژ های بالا در فرکانس های بالا بدون آسیب ، ترانزیستور های IGBT  را برای هدایت بارهای القایی مانند موتور های سیم پیچ ، موتور های الکترومغناطیس و موتور های دینامیکی ایده آل نموده است.

 

 

این مقاله در واحد تحقیق و توسعه خاوران صنعت پاسارگاد تهیه و تنطیم گردیده است.

 استفاده از مقاله ی فوق با ذکر نام بلامانع میباشد.