در مطلب امروز قصد داریم تا با یکی از مهمترین و پرکاربردترین قطعات که در اینورتر ها هم مورد استفاده قرار میگیرد یعنی ماژول IGBT چیست؟ آشنا شویم. با ما همراه باشید. در بخش ابتدایی قصد داریم تا با نام و نیز ماهیت کلی ماژول IGBT آشنا شویم. ماژول IGBT مخفف Insulated Gate Bipolar Transistor میباشد که به فارسی به ترانزیستور دو قطبی با گِیت عایق شده ترجمه میشود. این ماژول IGBT قطعه ای نیمه رسانا است که عملکردی بین ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT) و ترانزیستور اثر میدان (MOSFET) دارد.
در ماژول IGBT بهترین بخش های دو نوع دیگر از ترانزیستور های یعنی;BJT و MOSFET را در خود دارد که باعث شکل گیری این ماژول جدید و با کیفیت تر از دیگر ترانزیستور ها شده است. در اصل در ماژول IGBT,امپدانس ورودی بزرگ و سرعت سوئیچینگ بالا ماژول MOSFET و ولتاژ اشباع پایین BJT با هم ترکیب شده است و باعث شده است تا این ماژول پرقدرت و کاربردی تولید شود.
در ماژول IGBT همانگونه که از نامش پیدا است فناوری گیت ایزوله MOSFET وجود دارد و در نتیجه مشخصه یک ترانزیستور دو قطبی را دارد.نتیجه این ترکیب در این ماژول این است که این قطعه سوئیچینگ و مشخصه هدایت یک ترانزیستور دو قطبی را دارد اما مانند یک ترانزیستور MOSFET ولتاژ آن کنترل شده است.
در این قسمت قصد داریم تا موارد کاربرد ماژول IGBT را در انواع لوازم برقی و الکتریکی بررسی کنیم. از ماژول IGBT در انواع لوازم برقی صنعتی و قدرت مانند اینورتر ها، مبدل ها و منابع تغذیه که به قطعات با سوئیچینگ بالا احتیاج دارند و در ماژول های BJT و MOSFET در آن مورد استفاده قرار نمیگیرند,استفاده میشود.
دلیل استفاده از ماژول IGBT به جای دیگر ترانزیستور ها این است که;ترانزیستورهای دو قطبی ولتاژ بالا و جریان بالا در دسترس هستند، اما سرعت سوئیچینگ آنها پایین است.از طرف دیگر هم با اینکه سرعت سوئیچینگ MOSFET قدرت بالاتر است اما نسبت به ماژول IGBT یک مشکل دارد آن هم اینکه قطعات ولتاژ بالا و جریان بالا آن گران هستند.
ماژول IGBT دارای سه پایه در ساختار خود میباشد که در این قسمت قصد داریم تا آنها را معرفی و بررسی کنیم. همانطور که در عکس ها بالایی مشخص است ماژول IGBT دارای سه پایه یا سه سر میباشد که با هدایت و انتقال از ترکیب یک MOSFET کانال N و با یک گیت ایزوله شده در بخش ورودی دستگاه تشکیل شده و در خروجی آن هم یک ترانزیستور دو قطبی PNP قرار دارد. سه پایه ساختار IGBT به ترتیب با نام های کلکتور (Collector)، امیتر (Emitter) و گیت (Gate) میباشد که دو تا از این سه پایه برای هدایت جریان هستند;(CوE) و پایه آخر هم یعنی;(G) برای کنترل ماژول میباشد.
در این قسمت هم قصد داریم تا برتری های ماژول IGBT را نسبت به انواع دیگر ترانزیستور های موجود در بازار بررسی کنیم. از لحاظ ساختاری و عملکردی ماژول IGBT در اصل یک ترانزیستور FET است که با یک دوقطبی ترکیب شده و ساختار دارلینگتون را تشکیل داده است.
در یک MOSFET به دلیل ایزوله بودن دریچه جریان ورودی از گیت اصلی صفر می باشد بنابراین، بهره FET برابر با نسبت تغییر جریان خروجی به تغییر ولتاژ ورودی است که منجر میشود این نیمه‌هادی، یک قطعه هدایت انتقالی باشد که در مورد IGBT نیز چنین است. در نتیجه همین امر می توان گفت که ماژول IGBT یک BJT قدرت است که جریان بیس و پایه آن با یک MOSFET تغذیه میشود. ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده یا همان به اختصار ماژول IGBT بهره توان بالاتری نسبت به ترانزیستور های دو قطبی استاندارد و معمولی دارد.همچنین قابلیت عملکرد در ولتاژ بالاتر و تلفات ورودی پایین تر از نکات مثبت IGBT میباشد.
دیگر ویژگی و برتری ماژول igbt نسبت به دیگر ترانزیستور ها این است که میتوان از آن در مدار های تقویت کننده سیگنال کوچک به کار برد اما از آنجایی که ترانزیستور igbt تلفات کم bjt و سرعت سوئیچینگ بالای MOSFET را ارائه میدهد بهتر است تا از آن در مدار های قدرت استفاده کرد.
دیگر ویژگی مهم و کاربردی ماژول IGBT این است که;مقاومت حالت هدایت IGBT نسبت به MOSFET معادل آن کمتر است.این امر یعنی اینکه;این ماژول توان اتلافی کمتری در خروجی دو قطبی برای یک جریان سوئیچینگ مشخص دارد.
دیگر ویژگی مثبت IGBT نسبت به دیگر ماژول ها این است که هنگامی که از آن به عنوان یک کلید استاتیکی استفاده میشود;این قطعه مقادیر ولتاژ و جریان مشابهی با ترانزیستور دو قطبی دارد ولی به دلیل وجود گیت ایزوله در IGBT فرمان آن نسبت به BJT ساده‌تر است و توان کمتری نیاز دارد.
ماژول IGBT را میتوان به آسانی و به راحتی با اعمال یک سیگنال ولتاژ ورودی مثبت به دو سر گیت و امیتر روشن کرد و نیز میتوان با در حالی که با صفر یا کمی منفی شدن سیگنال گیت، IGBT را به حالت خاموش برد.
یکی دیگر از ویژگی های مثبت ماژول IGBT این است که برخلاف BJT نیاز به تغذیه مداوم جریان بیس برای ماندن در حالت اشباع ندارد و تنها به مقدار بسیار کمی جریان و ولتاژ گیت برای حالت هدایت IGBT نیاز دارد. برخلاف MOSFET که یک ترانزیستور دو جهته است,ماژول IGBT تنها به صورت یک جهته عمل میکند و جریان کنترل شده را از کلکتور به امیتر هدایت میکند.
به عنوان جمع بندی این بخش میتوان گفت که از ویژگی های مثبت ماژول IGBT موارد زیر را میتوان نام برد;
- قابلیت کار در ولتاژ بالا
- مقاومت حالت هدایت پایین تر IGBT
- سادگی راه اندازی
- سرعت سوئیچینگ بالا و راه اندازی گیت صفر
این ویژگی های مثبت و حائز اهمیت باعث میشود تا این ماژول IGBT به گزینه ای بسیار مناسب برای استفاده در ولتاژ های بالا مانند مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، کنترل سرعت متغیر، منابع تغذیه سوئیچینگ یا اینورترهای DC-AC و کاربردهای مبدل فرکانس در محدوده چند هزار کیلو هرتز تبدیل شود.
در این قسمت قصد داریم تا ماژول IGBT را در اینورتر ها مورد بررسی قرار دهیم. همانگونه در مقاله های آموزشی قبلی در رابطه با تعمیر اینورتر ها بیان کردیم قطعه IGBT در اینورتر ها هم مورد استفاده قرار میگیرد که قصد داریم در ادامه آن را بررسی کنیم. برای بررسی بیشتر در رابطه با تعمیر اینورتر ها و آشنایی با ساختار IGBT مطالب زیر را هم مطالعه کنید.
همانگونه که میدانید یکی از مهم ترین استفاده ها از اینورتر های صنعتی کنترل جریان برق ورودی به دستگاه می باشد.به همین خاطر باید جریان ورودی به دستگاه از اینورتر ها بسیار بهینه باشد تا باعث آسیب دستگاه و نیز مصرف بیش از اندازه جریان برق نشود.
در گذشته از ترانزیستور های گوناگون برای این کار استفاده میکردند اما امروزه با طراحی و تولید ماژول IGBT از این قطعه در اینورتر های استفاده میشود تا اینورتر و الکتروموتور بهترین بازدهی را از دستگاه ها و کمترین میزان مصرف برق را دریافت کند. امیدواریم که مطلب فوق در رابطه با ساختار و عملکرد ماژول IGBT برای شما مفید بوده باشد.در صورت مفید بودن مطلب آن را با دوستانتان به اشتراک گذاشته و همچنین در بخش نظرات,دیدگاه های خود را با ما و دیگر کاربران در میان بگذارید.
