IGBT یا ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق شده (Insulated Gate Bipolar Transistor)، یک قطعه مهم و کاربردی در مدارات الکترونیک قدرت است که موجب تحول عظیم در نحوه کنترل و تبدیل انرژی الکتریکی شده است. ویژگی ها و قابلیت های منحصر به فرد این ترانزیستور، آن را به قطعه ای مهم در صنایع مختلف، از انرژی های تجدیدپذیر گرفته تا خودروهای الکتریکی تبدیل کرده است. در این مقاله، نحوه عملکرد، مزایا، کاربردها و چشم‌انداز آینده IGBT مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
بیشتر بخوانید: ترانزیستور چیست؟
IGBT چیست؟
IGBT ها از مزایای هر دو ترانزیستور bjt و mosfet استفاده می کنند. در واقع، IGBT ها از ویژگی جریان بالای bjt ها و کلیدزنی سریع ماسفت‌ها بهره می برند. بنابراین، این المان الکترونیک قدرتی، سریعتر از ترانزیستور bjt و قوی‌تر از ماسفت ها می باشد. این قطعه از سه پایه اصلی تشکیل شده است، کلکتور نوع N، گیت نوع P و امیتر نوع N. در شکل زیر نماد مداری IGBT مشاهده می شود:
نحوه عملکرد IGBT
در یک IGBT، اعمال یک ولتاژ مثبت بین پایه‌های گیت و امیتر، موجب روشن شدن این قطعه و برقراری اتصال بین کلکتور و امیتر می شود. همچنین اگر یک ولتاژ صفر یا منفی به این پایه ها اعمال شود، ترانزیستور IGBT خاموش شده و ارتباط بین کلکتور و امیتر قطع می‌شود. در شکل زیر، انواع پکیج های پرکاربرد IGBT نمایش داده شده است:
مزایای IGBT
IGBT دارای مزایا و ویژگی های مهمی هست که در این قسمت به آن ها اشاره شده است:
1) ولتاژ و جریان عملکرد بالا
IGBT ها می توانند در ولتاژ و جریان های بالا کار کنند که این قابلیت، موجب استفاده از این قطعه در کاربردهایی همانند انتقال نیرو، درایوهای الکتریکی و کنترل موتورهای الکتریکی شده است.
2) مصرف برق کم
IGBT ها در حین کلیدزنی و سوئیچینگ مصرف انرژی پایینی داشته و امکان تبدیل انرژی کارآمد و کاهش اتلاف حرارتی را فراهم می کنند. این قابلیت، استفاده از این قطعات را برای کاربردهای با کلیدزنی فرکانس بالا مناسب می سازد.
3) سرعت سوئیچینگ بالا
IGBT ها می توانند به سرعت روشن و خاموش شوند و امکان کنترل دقیق بر تحویل انرژی را فراهم کنند. این ویژگی در کاربردهایی مثل درایوهای سرعت متغیر و سیستم های انرژی تجدیدپذیر، که در آن تنظیم دقیق توان ضروری است، بسیار مهم می‌باشد. البته سرعت کلیدزنی IGBT همواره کمتر از MOSFET می باشد.
4) پایداری حرارتی
IGBT ها پایداری حرارتی بسیار خوبی دارند. به این دلیل، می توانند در محیط های صنعتی و یا محیط های با تغییرات دمای بالا به خوبی کار کنند.
کاربرد IGBT
در این بخش، برخی از کاربردهای مهم IGBT بررسی شده است:
سیستم های انرژی تجدیدپذیر
IGBT ها نقش حیاتی در تولید و تبدیل انرژی های تجدیدپذیر مانند سیستم های انرژی خورشیدی و بادی دارند. با استفاده از این قطعات، می توان برق DC تولید شده توسط پنل های فتوولتائیک یا توربین های بادی را به برق AC مناسب برای مصرف کننده تبدیل کرد.
وسایل نقلیه الکتریکی
این قطعات به وفور در خودروهای الکتریکی به منظور کنترل سرعت موتور و تبدیل توان برای شارژ باطری های خودروی الکتریکی استفاده می شوند.
درایوهای موتور صنعتی
IGBT ها یک المان کلیدی در درایوهای موتور صنعتی هستند و امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور را فراهم می‌کنند.
مبدل های الکترونیک قدرت
IGBT ها در مبدل های الکترونیک قدرت، از جمله اینورترها و یکسو کننده ها و در کاربردهایی مانند منابع تغذیه اضطراری (UPS)، درایوهای سرعت قابل تنظیم و دستگاه های جوش استفاده می شوند.
چشم انداز آینده
آینده فناوری IGBT بسیار امیدوار کننده است. محققان و مهندسان به طور مستمر در حال کار برای بهبود عملکرد IGBT، کاهش تلفات و افزایش سرعت سوئیچینگ هستند. علاوه بر این، انتظار می‌رود که ادغام IGBT با سایر فناوری‌های نوظهور مانند سیلیکون کاربید (SiC) و نیمه‌هادی‌های نیترید گالیوم (GaN) چگالی توان بالاتر، موجب بهبود راندمان آن شده و استفاده از این قطعات را در توان های بسیار بالا با تلفات بسیار پایین ممکن سازد.
جمع بندی
در این مقاله، ترانزیستور IGBT به طور کامل مورد بررسی قرار گرفت و توضیحاتی در مورد اصول کاری، کاربرد ها، ویژگی ها و آینده استفاده از این قطعه مورد بحث قرار گرفت. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد انواع ترانزیستور و نکات عملی مربوط به آن به طور کامل در دوره جامع منبع تغذیه و اینورتر بررسی کرده ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
