IGBT چیست؟

IGBT (مخفف کلمه The Insulated Gate Bipolar Transistor) جزیی از نیمه هادی‌های قدرت بوده و در درجه اول به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شود. این قطعه حامل اقلیت با امپدانس ورودی بالا و قابلیت بالای حمل جریان دوقطبی می‌باشد.

IGBT (ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده) یک نیمه هادی جدید و کاملاً صنعتی است که از ترکیب دو نوع ترانزیستور BJT و MOSFET ساخته شده است. بسیاری از طراحان، IGBT را به عنوان قطعه‌ای با ویژگی‌های ورودی MOSFET و ویژگی خروجی دوقطبی BJT نشان می‌دهند که یک دستگاه دو قطبی که با ولتاژ کنترل می‌شود. در دستگاه‌های جدید از این قطعه برای سوئیچینگ سریع و بازدهی بالا استفاده می‌شود. این سوئیچ برق در بسیاری از لوازم مدرن از جمله خودرو‌های برقی، قطار، یخچال‌ها، تردمیل، دستگاه‌های تهویه مطبوع و حتی سیستم‌های استریو و تقویت کننده‌ها استفاده می‌شود. همچنین در ساخت انواع اینورترها، ترانس‌های جوش و UPS کاربرد دارد.
IGBT برای بسیاری از کاربرد‌های الکترونیک قدرت مخصوصا در سرو موتور مدولاسیون پهنای باند (PWM) و درایو‌های سه فاز که نیاز به کنترل رنج وسیعی از پهنای باند و نویز کم دارند، مناسب می‌باشد.

در فرکانس‌های بالای کلیدزنی از یک ترانزیستور جهت کنترل سطح ولتاژ DC استفاده می‌شود. همچنین با بالا رفتن فرکانس، ترانزیستور دیگر خطی عمل نمی‌کند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می‌کند.

به همین سبب در فرکانس کلیدزنی بالا از المان کم مصرف POWER MOSFET استفاده می‌شود، این در حالی است که با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می‌شود.

این مشکلات باعث آن شد که المان جدیدی وارد بازار شود که تمامی مزایای قطعه فوق را دارد و دیگر معایب BJT و POWER MOSFET را ندارد، این قطعه جدید IGBT نام دارد. در طی سال‌های اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از آن استفاده زیادی شده است.
BJT‌ها و MOSFET‌ها دارای خصوصیاتی هستند که از نقطه نظر‌هایی یکدیگر را تکمیل می‌کنند. به عنوان مثال BJT‌ها در هنگامی که روشن هستند دارای تلفات هدایتی کمتری هستند درحالیکه زمان سوئیچینگ آن‌ها به خصوص در زمان خاموش شدن طولانی‌تر است. در حال که MOSFET‌ها قادرند که به مراتب سریعتر قطع و وصل کنند بنابراین تلفات هدایت آن‌ها بیشتر است. IGBT یک ترانزیستوری است که مزایای BJT و MOSFET را باهم دارد. این مزایا عبارت اند از:

۱-امپدانس وروردی بالا مثل MOSFET
۲-افت ولتاژ و تلفات کم مانند BJT
۳- نظیر BJT دارای ولتاژ حالت روشن (وصل) کوچکی است.
آی جی بی تی‌ها دارای سه پایه می‌باشند که عبارت اند از:
– گیت (G)
– کلکتور (C)
– امیتر (E)اسامی این پایه‌ها هم از روی همان اسامی قبلی یعنی G. از MOSFET و C,E از ترانزیستور‌های BJT انتخاب شده است. در نتیجه با این ترکیب ساده شما المانی را استفاده می‌کنید که دارای امپدانس بالای گیت و قابلیت تحمل ولتاژ بالا می‌باشد. سرعت سوییچ کردن این نوع نیمه هادی دارای محدودیت بوده بطور نمونه ۱KHz تا ۵۰KHz که در کل بین دو نوع BJT و MOSFET قرار می‌گیرد و بخاطر امپدانس ورودی بسیار بالایی که دارد بسیار حساس می‌باشد و بیشتر در کوره‌های القایی برای تقویت دامنه ولتاژ استفاده می‌شود. در کل مورد استفاده این نوع ترانزیستور‌ها بیشتر برای راه اندازی المان‌های توان بالا می‌باشد. مهمترین و تقریباً تنها کارایی IGBT سوییچینگ جریان‌های بالا می‌باشد.