ترانزیستور دو قطبی IGBT چیست و بررسی کاربرد آن در اینورتر

ترانزیستور IGBT با ویژگی‌ های برجسته‌ ای چون راندمان بالا، کنترل آسان و توانایی تحمل ولتاژ و جریان بالا، یکی از مهم‌ ترین قطعات در مدارهای قدرت و الکترونیک صنعتی محسوب می‌ شود. این قطعه به دلیل مزایای منحصر به فرد خود، در صنایعی مانند حمل‌ و نقل، انرژی و اتوماسیون صنعتی کاربرد گسترده‌ ای دارد. برای انتخاب و خرید بهترین نوع IGBT متناسب با نیازهای خود، مشخصات فنی و الزامات پروژه را به دقت بررسی کنید. در این محتوا قصد داریم درباره مشخصات ترانزیستور دو قطبی IGBT و مهمترین کاربرد آن ها در دستگاه اینورتر صنعتی توضیح دهیم.

مشخصات ترانزیستورIGBT (ترانزیستور دوقطبی عایق شده)

ترانسمیتر دو قطبی عایق شده IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) یک قطعه نیمه‌ رسانا است که در مدارهای الکترونیکی برای سوئیچینگ و کنترل جریان استفاده می‌ شود و یکی از قطعات مهم به کار رفته در یونیت ترمز اینورتر است.

این ترانزیستور از ترکیب ویژگی‌ های ترانزیستور اثر میدان (MOSFET) و ترانزیستور دوقطبی (BJT) ساخته شده است و مزایای هر دو را ارائه می‌ دهد. IGBT در واقع از یک MOSFET و یک BJT تشکیل شده است که به صورت سری به هم متصل شده‌ اند. MOSFET به عنوان یک تقویت‌ کننده ولتاژ عمل می‌ کند و BJT به عنوان یک تقویت‌ کننده جریان. این ترکیب باعث می‌ شود که IGBT هم سرعت سوئیچینگ بالایی داشته باشد و هم بتواند جریان‌ های بزرگ را هدایت کند.

IGBT‌ ها به دلیل ویژگی‌ های منحصر به فرد خود در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی قدرت  از جمله برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب با فرکانس بالا، تغییر ولتاژ و جریان، تامین ولتاژ و جریان مورد نیاز مدارهای الکترونیکی، کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی، دستگاه‌ های جوشکاری برای کنترل جریان جوش و غیره استفاده می شود. برای اطلاع از سایر مشخصات دیگر ترانسمیتر IGBT می توانید بر روی فایل pdf زیر کلیک کنید.

IGBT اینورتر چیست؟

ترانزیستور دو قطبی با درگاه عایق شده یا IGBT (کوتاه شده عبارت انگلیسی Insulated gate bipolar transistor ) جزء نیمه هادی قدرت بوده و در درجه اول به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می شود، که در دستگاه های جدید برای بازده بالا و سوئیچینگ سریع استفاده می شود. این سوئیچ برق در بسیاری از لوازم مدرن از جمله خودروهای برقی، قطار، یخچال ها، تردمیل، دستگاه های تهویه مطبوع و حتی سیستم های استریو و تقویت کننده ها استفاده می شود. همچنین در ساخت انواع اینورتر تک فاز و سه فاز، ترانس های جوش و UPS کاربرد دارد.

کاربرد IGBT در اینورتر

در فرکانس های بالای کلیدزنی از یک ترانزیستور جهت کنترل سطح ولتاژ DC استفاده می شود. با بالا رفتن فرکانس ترانزیستور دیگر خطی عمل نمی کند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می کند. به همین سبب در فرکانس کلیدزنی بالا از المان کم مصرف MOSFET power استفاده می شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می شود.

یک نیمه هادی جدید و کاملا صنعتی است که از ترکیب 2 نوع ترانزیستور BJT و IGBT MOSFET ساخته شده است. به طوری که از دید ورودی شما یک MOSFET را می بینید و از نظر خروجی یک BJT BJT ها و MOSFET ها دارای خصوصیاتی هستند که از نقطه نظرهایی یکدیگر را تکمیل می کنند. در طی سال های اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از آن استفاده زیادی شده است.

BJT ها در حالت روشن (وصل) دارای تلفات هدایتی کمتری هستند، درحالی که زمان سوئیچینگ آن ها به خصوص در زمان خاموش شدن طولانی تر است. ماسفت ها قادرند که به مراتب سریع تر قطع و وصل کنند، بنابراین تلفات هدایت آن ها بیشتر است.

مقایسه خصوصیات IGBT با ترانزیستورهای MOSFET و BJT

مزایا:

1. چگالی زیاد هدایت جریان مستقیم و افت کم ولتاژ مستقیم در حالت روشن: IGBT ها دارای افت ولتاژ حالت روشن بسیار کم و چگالی زیاد جریان در حالت روشن در مقایسه با ماسفت های قدرت و ترانزیستور های دو قطبی هستند.
2. توان راه اندازی کم و مدار راه انداز igbt ساده به سبب وجود ساختار ماسفتی در ورودی: یک igbt در مقایسه با قطعات کنترل شونده به وسیله جریان (تریستور و BJT) در ولتاژ و جریان بالا بسیار آسانتر کنترل می شود.
3. ناحیه عملکرد ایمن وسیع: با توجه به مشخصه های خروجی،IGBT دارای قابلیت هدایت جریان بهتر و قابلیت انسداد معکوس و مستقیم ممتازتری نسبت به ترانزیستور های دو قطبی است.

معایب :

1. در مقایسه با ماسفت های قدرت IGBT دارای سرعت سوئیچینگ کمتری است ولی سرعت آن از BJT ها بسیار بالاتر است. جریان پس ماند کلکتور (حامل های اقلیت) باعث کاهش سرعت خاموش شدن آن می شود.
2. امکان قفل شدگی به علت وجود ساختار تریستوری PNPN.

اسامی پایه ها هم از روی همان اسامی قبلی انتخاب شده G از MOSFET و C,E از ترانزیستورهای BJT در نتیجه با این ترکیب ساده شما المانی را استفاده می کنید، که دارای امپدانس بالای گیت و قابلیت تحمل ولتاژ بالا است. سرعت سوییچ کردن این نوع دارای محدودیت بوده به طور نمونه KHz1 تا KHz50 که در کل بین دو نوع BJT و MOSFET قرار می گیرد و بخاطر امپدانس ورودی بسیار بالایی که دارد بسیار حساس می باشد. بیشتر در کوره های القایی برای تقویت دامنه ولتاژ استفاده می شود. در کل مورد استفاده این نوع ترانزیستورها بیشتر برای راه اندازی المان های توان بالا  می باشد. مهمترین و تقریباً تنها کارایی IGBT سوییچینگ جریان های بالا می باشد.

کاربرد ماژول IGBT چیست؟

دیوتی سایکل های کمتر 50 درصد فرکانس کلیدزنی کمتر از 2 کیلوهرتز ولتاژ کاری بالاتر از 1000 ولت

دمای قطعه بالاتر از 100 درجه سانتی گراد توان های بالاتر از 5 کیلو وات

کاربردهای مرسوم IGBT ها عبارت است از:

• کنترل دور موتور با فرکانس کمتر از 20 کیلوهرتز و محافظت در برابر جریان راه اندازی و اتصال
• کوتاه منابع تغذیه بدون وقفه UPS با بار ثابت یا با تغییرات کم
• دستگاه های جوش کاری با جریان بالا و فرکانس کمتر از 50 کیلوهرتز با کلیدزنی ZVS
• تجهیزات روشنایی کم توان با فرکانس کمتر از 100 کیلوهرتز

در نهایت حل بسیار از چالش های الکترونیکی با ترانزیستور دو قطبی IGBT امکان پذیر است

ترانزیستور دو قطبی IGBT به عنوان یک قطعه الکترونیکی قدرتمند و پرکاربرد، توانسته است با ترکیب مزایای ترانزیستورهای دو قطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (MOSFET)، یک راه حل کارآمد برای بسیاری از چالش‌ های الکترونیک قدرت ارائه دهد. ترانسمیتر دو قطبی آی جی بی تی قادرند با سرعت بسیار بالایی بین حالت روشن و خاموش سوئیچ شوند که این ویژگی برای کاربردهایی مانند اینورتر سه فاز و تک فاز و همچنین مبدل‌ ها بسیار حیاتی است. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می‌ رود که کاربردهای IGBT‌ ها گسترده‌ تر شده و در آینده شاهد نوآوری‌ های بیشتری در این زمینه باشیم.