Igbt

IGBT là một dạng ngắn gọn của Transistor lưỡng cực cổng cách điện, sự kết hợp của Bipolar Junction Transistor (BJT) và bóng bán dẫn hiệu ứng Trường oxit kim loại (MOS-FET). Nó là một thiết bị bán dẫn được sử dụng để chuyển đổi các ứng dụng liên quan.

Vì IGBT là sự kết hợp của MOSFET và Transistor, nó có những ưu điểm của cả transistor và MOSFET. MOSFET có lợi thế về tốc độ chuyển mạch cao với trở kháng cao và mặt khác BJT có lợi thế về độ lợi cao và điện áp bão hòa thấp, cả hai đều có mặt trong bóng bán dẫn IGBT. IGBT là chất bán dẫn được điều khiển bằng điện áp cho phép dòng điện cực thu lớn với ổ dòng cổng gần như bằng không.

Như đã thảo luận, IGBT có ưu điểm của cả MOSFET và BJT, IGBT có cổng cách điện giống như các MOSFET điển hình và đặc tính truyền đầu ra giống nhau. Mặc dù, BJT là thiết bị điều khiển dòng điện nhưng đối với IGBT, việc điều khiển phụ thuộc vào MOSFET, do đó nó là thiết bị điều khiển điện áp, tương đương với MOSFET tiêu chuẩn.

Mạch và ký hiệu tương đương IGBT

Trong hình trên, mạch tương đương của IGBT được hiển thị. Đó là cấu trúc mạch tương tự được sử dụng trong Darlington Transistor, nơi hai bóng bán dẫn được kết nối giống hệt nhau. Như chúng ta có thể thấy hình ảnh trên, IGBT kết hợp hai thiết bị, MOSFET kênh N và bóng bán dẫn PNP. MOSFET kênh N đang điều khiển bóng bán dẫn PNP. Chân ra của một BJT tiêu chuẩn bao gồm Bộ thu, Bộ phát, Đế và một đầu ra MOSFET tiêu chuẩn bao gồm Cổng, Bộ thoát và Nguồn. Nhưng trong trường hợp của IGBT transistor Pins, nó là cổng, mà là đến từ N-kênh MOSFET và Collector và Emitter đang đến từ các transistor PNP.

Trong bóng bán dẫn PNP, bộ thu và bộ phát là đường dẫn và khi IGBT được bật, nó được dẫn và mang dòng điện qua nó. Đường dẫn này được điều khiển bởi MOSFET kênh N.

Trong trường hợp BJT, chúng tôi tính toán mức tăng được ký hiệu là Beta (

Trong hình trên, biểu tượng của IGBT được hiển thị. Như chúng ta có thể thấy, ký hiệu bao gồm phần cực phát của Transistor và phần cổng của MOSFET. Ba thiết bị đầu cuối được hiển thị là Cổng, bộ thu và bộ phát.

Khi ở chế độ dẫn hoặc chuyển sang chế độ ' BẬT ', dòng điện từ bộ thu đến bộ phát. Điều tương tự cũng xảy ra đối với bóng bán dẫn BJT. Nhưng trong trường hợp của IGBT có Cổng thay vì đế. Sự khác biệt giữa điện áp Gate to Emitter được gọi là Vge và sự khác biệt điện áp giữa bộ thu và bộ phát được gọi là Vce.

Dòng phát (Ie) gần giống như dòng thu (Ic), Ie = Ic. Vì dòng hiện tại tương đối giống nhau ở cả bộ thu và bộ phát, Vce rất thấp.

Tìm hiểu thêm về BJT và MOSFET tại đây.

Các ứng dụng của IGBT:

IGBT chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến Nguồn. Nguồn tiêu chuẩn BJT có đặc tính đáp ứng rất chậm trong khi MOSFET thích hợp cho ứng dụng chuyển mạch nhanh, nhưng MOSFET là một lựa chọn đắt tiền khi yêu cầu đánh giá dòng điện cao hơn. IGBT thích hợp để thay thế BJT công suất và MOSFET công suất.

Ngoài ra, IGBT cung cấp điện trở 'BẬT' thấp hơn so với BJT và do đặc tính này, IGBT có hiệu suất nhiệt trong ứng dụng liên quan đến công suất cao.

Các ứng dụng IGBT rất rộng rãi trong lĩnh vực điện tử. Do điện trở thấp, Đánh giá dòng điện rất cao, tốc độ chuyển mạch cao, ổ đĩa không cổng, IGBT được sử dụng trong điều khiển động cơ công suất cao, Biến tần, nguồn điện ở chế độ chuyển mạch với các khu vực chuyển đổi tần số cao.

Trong hình trên, ứng dụng chuyển mạch cơ bản được hiển thị bằng IGBT. Các RL, là một tải điện trở nối qua phát IGBT xuống đất. Chênh lệch điện áp trên tải được ký hiệu là VRL. Tải cũng có thể là quy nạp. Và ở phía bên phải một mạch khác được hiển thị. Tải được kết nối qua bộ thu, nơi như một bộ bảo vệ hiện tại Điện trở được kết nối qua bộ phát. Dòng điện sẽ chạy từ bộ thu sang bộ phát trong cả hai trường hợp.

Trong trường hợp của BJT, chúng ta cần cung cấp dòng điện không đổi qua đế của BJT. Nhưng trong trường hợp của IGBT, giống như MOSFET, chúng ta cần cung cấp điện áp không đổi qua cổng và độ bão hòa được duy trì ở trạng thái không đổi.

Ở trường hợp bên trái, chênh lệch điện áp, VIN là hiệu điện thế của Đầu vào (cổng) với Mặt đất / VSS, điều khiển dòng điện đầu ra chạy từ bộ thu đến bộ phát. Sự khác biệt điện áp giữa VCC và GND gần như giống nhau trên tải.

Ở mạch bên phải, dòng điện chạy qua tải phụ thuộc vào điện áp chia cho giá trị RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

Các Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) có thể được chuyển ' ON ' và ' OFF ' bằng cách kích hoạt cổng. Nếu chúng ta làm cho cổng tích cực hơn bằng cách đặt điện áp qua cổng, bộ phát của IGBT sẽ giữ IGBT ở trạng thái “ BẬT ” và nếu chúng ta làm cho cổng âm hoặc bằng không thì IGBT sẽ vẫn ở trạng thái “ TẮT ”. Nó giống như chuyển đổi BJT và MOSFET.

Đặc điểm chuyển và đường cong IGBT IV

Trong hình trên, đặc tính IV được hiển thị tùy thuộc vào điện áp cổng khác nhau hoặc Vge. Các Trục x biểu diễn thu emitter điện áp hoặc VCE và trục y biểu thị thu hiện tại. Trong trạng thái tắt, dòng điện chạy qua bộ thu và điện áp cổng bằng không. Khi chúng ta thay đổi Vge hoặc điện áp cổng, thiết bị sẽ đi vào vùng hoạt động. Điện áp ổn định và liên tục qua cổng cung cấp dòng điện liên tục và ổn định qua bộ thu. Tăng Vge tương ứng với việc tăng dòng thu, Vge3> Vge2> Vge3. BV là điện áp đánh thủng của IGBT.

Đường cong này gần giống với đường cong truyền IV của BJT, nhưng ở đây Vge được hiển thị vì IGBT là một thiết bị điều khiển bằng điện áp.

Trong hình trên, đặc tính truyền của IGBT được hiển thị. Nó gần giống với PMOSFET. IGBT sẽ chuyển sang trạng thái “ BẬT ” sau khi Vge lớn hơn giá trị ngưỡng tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của IGBT.

Đây là bảng so sánh sẽ cho chúng ta một bức tranh công bằng về sự khác biệt giữa IGBT với POWER BJT’s và Power MOSFETs.

Đặc điểm thiết bị	IGBT	Power MOSFET	POWER BJT
Đánh giá điện áp
Đánh giá hiện tại
Thiết bị đầu vào
Trở kháng đầu vào
Trở kháng đầu ra
Tốc độ chuyển đổi
Giá cả

Trong video tiếp theo, chúng ta sẽ xem mạch chuyển đổi của bóng bán dẫn IGBT.