Các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện hiện đại (Igbts) thường được triển khai dưới dạng thiết bị lưỡng cực được điều khiển bằng điện áp có các đặc tính đầu vào giống như chất bán dẫn-oxit kim loại (MOS) và các tính năng đầu ra lưỡng cực. Sự ra đời của IGBT đã cho phép các kỹ sư điện tử gặt hái những lợi ích của cả bóng bán dẫn hiệu ứng trường điện MOS (MOSFET) và bóng bán dẫn lưỡng cực tín hiệu nhỏ (BJT) như một phần cứng duy nhất kết hợp chức năng của các thành phần MOSFET và BJT. Cấu trúc kết hợp các đặc tính ổ đĩa cổng đơn giản của MOSFET với khả năng điện áp cao và độ bão hòa thấp của các bóng bán dẫn lưỡng cực.
Thuật ngữ "cổng cách điện" mô tả trở kháng đầu vào cao của đầu vào của MOSFET vì nó sử dụng điện áp tại thiết bị đầu cuối cổng của nó chứ không phải là nguồn cung cấp bên ngoài. Thuật ngữ "lưỡng cực" mô tả vùng đầu ra của BJT, trong đó dòng chảy qua hai chất mang điện tích: electron và lỗ hổng. Bởi vì điều này, nó có thể quản lý các dòng điện và điện áp khổng lồ chỉ với một ít điện áp tín hiệu. IGBT là một thiết bị điều khiển điện áp do cấu trúc lai của nó.
Giá trị của IGBT trong Điện tử điện
Điện tử công suất tìm thấy sử dụng rộng rãi cho IGBT, đặc biệt là trong điều chế độ rộng xung (PWM) và các ổ đĩa ba pha đòi hỏi phải kiểm soát chính xác phạm vi tốc độ rộng với nhiễu nền tối thiểu. Các thiết bị này cũng có thể được sử dụng trong các mạch điện cần chuyển đổi thường xuyên, chẳng hạn như các hệ thống cung cấp năng lượng không rõ ràng (UPS) và hệ thống cung cấp điện chế độ (SMPS).IGBTTăng hiệu quả và giảm tiếng ồn, làm cho nó trở thành một người hoạt động năng động hơn trong các mạch biến tần trong ô tô và xe tải, cũng như trong động cơ công nghiệp và các thiết bị gia dụng như điều hòa và tủ lạnh.
Ngoài ra, IGBT cũng thường được sử dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo như biến tần năng lượng mặt trời và gió, nơi chúng giúp chuyển đổi năng lượng DC một cách hiệu quả thành năng lượng AC để sử dụng trong nhà và doanh nghiệp. Họ có thể xử lý điện áp cao và mức hiện tại, làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng này. Công nghệ cũng hoạt động tốt trong các mạch chuyển đổi chế độ cộng hưởng và bếp cảm ứng. IGBT có bán trên thị trường có tổn thất chuyển đổi và dẫn điện thấp.
Cách sử dụng phổ biến của IGBTS
Hãy lấy một ví dụ về mạch sưởi ấm. Chuyển đổi điện áp bằng không hoặc chuyển đổi dòng không được sử dụng trong hệ thống sưởi cảm ứng để giảm thiểu tổn thất chuyển mạch. IGBT thường được ưa thích như một công tắc ở đây vì điện áp cộng hưởng cao hoặc dòng điện. Đặc biệt, lò vi sóng cảm ứng, bếp gạo cảm ứng và các thiết bị nấu ăn cảm ứng khác đều có thể vì sử dụng IGBT. Tương tự, trong các hệ thống UPS, IGBT có sẵn ở cả hai loại công suất trung bình và lớn (một số công suất KVA hoặc lớn hơn), góp phần tiết kiệm không gian và hiệu quả cao.
Một ví dụ khác là bộ chuyển đổi nguồn điện áp (VSC). IGBT có điện áp cao và xếp hạng hiện tại, cho phép mức độ kiểm soát và tính linh hoạt không thể đạt được với thyristors. Việc sử dụng của chúng hỗ trợ việc thực hiện các dòng DC đa nguyên và độ khó trong việc lọc các sóng hài hiện tại ở phía AC của bộ chuyển đổi bị giảm do áp dụng các kỹ thuật chuyển đổi PWM và đa lớp. Do DC điện áp cao (HVDC) sử dụng VSC đang trở nên phổ biến hơn ở các điện áp và dòng điện cao hơn nhờ sự tiến bộ không ngừng của IGBT, các đường DC nổi lên như một sự thay thế hấp dẫn hơn đối với các đường ngắn hơn vì chúng cho phép kiểm soát dòng chảy lớn hơn trên lưới.
Lợi ích của IGBT so với BJT và MOSFET
Điều chế độ dẫn dẫn đến một mức giảm điện áp tại trạng thái cực kỳ nhỏ và mật độ dòng điện ở trạng thái cao. Điều này cho phép giảm kích thước và giá chip.
Bố cục cổng MOS đầu vào cung cấp khả năng công suất lái thấp và mạch truyền động đơn giản. Trong các ứng dụng dòng điện và điện áp cao, điều này cho phép điều chỉnh đơn giản hơn so với các thiết bị được điều khiển hiện tại.
Khu vực hoạt động an toàn lớn. So với bóng bán dẫn lưỡng cực, nó tốt hơn nhiều trong việc tiến hành dòng điện và chứng minh vượt trội trong cả khả năng chặn tiến và ngược.
Phần kết luận
IGBT là các thiết bị lưỡng cực được điều khiển bằng điện áp với các đặc tính đầu vào giống MOS và các tính năng đầu ra lưỡng cực, được sử dụng trong các mạch điện tử năng lượng như biến tần, UPS, VSC và mạch sưởi ấm. Các IGBT có bán trên thị trường có tổn thất chuyển đổi và dẫn điện thấp, và cung cấp nhiều lợi thế so với BJT và MOSFET, chẳng hạn như giảm điện áp tại trạng thái nhỏ, mật độ dòng điện ở trạng thái cao, công suất lái thấp, quy định đơn giản hơn, khu vực vận hành an toàn lớn và khả năng ngăn chặn phía trước và đảo ngược. Ngoài ra, IGBT có tốc độ chuyển đổi nhanh và có khả năng xử lý các mức năng lượng cao, khiến chúng trở nên lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng điện tử năng lượng như hệ thống truyền HVDC.