Modern Yalıtımlı Kapı Bipolar Transistörler (IGBTS) genellikle metal oksit yarı iletken (MOS) benzeri giriş özelliklerine ve bipolar çıkış özelliklerine sahip voltaj kontrollü bipolar cihaz olarak dağıtılır. IGBT'nin piyasaya sürülmesi, elektronik mühendislerinin hem Power Mosfet ve BJ bileşenlerinin işlevselliğini birleştiren tek bir donanım parçası olarak hem Power MOS alan-etki transistörünün (MOSFET) hem de küçük sinyal bipolar transistörün (BJT) faydalarını elde etmesine izin verdi. Yapı, MOSFET'lerin basit kapı tahrik özelliklerini bipolar transistörlerin yüksek akım ve düşük doygunluk-voltaj kapasitesiyle birleştirir.
"Yalıtımlı kapı" terimi, harici bir besleme yerine kapı terminalindeki voltajı kullandığı için MOSFET'in girişinin yüksek giriş empedansını tanımlar. "Bipolar" terimi, BJT'nin iki şarj taşıyıcısı aracılığıyla aktığı: elektronlar ve delikler. Bu nedenle, sadece küçük bir sinyal voltajı ile muazzam akımları ve voltajları yönetebilir. IGBT, hibrid yapısı nedeniyle voltaj kontrollü bir cihazdır.
Güç elektroniğindeki IGBT'lerin değeri
Güç elektroniği, özellikle puls genişliği modülasyonu (PWM) servo ve minimal arka plan gürültüsü ile çok çeşitli hızlar üzerinde hassas kontrol gerektiren üç fazlı sürücülerde, IGBT'ler için yaygın kullanım bulur. Bu cihazlar, kesintisiz güç kaynağı (UPS) ve anahtarlanmış mod güç kaynağı (SMP'ler) sistemleri gibi sık anahtarlamaya ihtiyaç duyan güç devrelerinde de kullanılabilir.IGBTVerimliliği artırır ve gürültüyü azaltır, bu da otomobil ve kamyonlardaki inverter devrelerinde, ayrıca endüstriyel motorlarda ve klimalar ve buzdolapları gibi ev aletlerinde daha dinamik bir performans sergiler.
Ek olarak, IGBT'ler, güneş ve rüzgar enerjisi invertörleri gibi yenilenebilir enerji sistemlerinde de yaygın olarak kullanılır ve burada DC gücünü evlerde ve işletmelerde kullanım için AC gücüne verimli bir şekilde dönüştürmeye yardımcı olurlar. Yüksek voltaj ve akım seviyelerini işleyebilirler, bu da onları bu uygulamalar için ideal hale getirir. Teknoloji, rezonant mod dönüştürücü devrelerinde ve indüksiyon ocaklarında da çalışır. Ticari olarak temin edilebilen IGBT'ler düşük anahtarlama ve iletim kayıplarına sahiptir.
IGBT'lerin ortak kullanımları
İndükleyici bir ısıtma devresi örneği alalım. Anahtarlama kaybını en aza indirmek için indüksiyon ısıtmasında sıfır voltaj anahtarlama veya sıfır akım anahtarlama kullanılır. IGBT'ler, yüksek rezonans voltajı veya akım nedeniyle burada bir anahtar olarak tercih edilir. Özellikle, indüksiyon mikrodalga fırınları, indüksiyon pirinç ocakları ve diğer indüksiyon pişirme cihazları, IGBT'lerin kullanımı nedeniyle mümkündür. Benzer şekilde, UPS sistemlerinde, IGBT'ler hem alan tasarrufu hem de yüksek verimliliğe katkıda bulunan hem orta hem de büyük kapasite (birkaç KVA veya daha fazla kapasite) tipinde mevcuttur.
Başka bir örnek bir voltaj kaynak dönüştürücüdür (VSC). IGBT'ler yüksek voltaj ve akım derecelendirmelerine sahiptir, bu da tristörlerle ulaşılamayan bir kontrol ve esneklik seviyesine izin verir. Kullanımları, çok terminal DC çizgilerinin uygulanmasını destekler ve dönüştürücünün AC tarafındaki mevcut harmonikleri filtreleme zorluğu, PWM ve çok katmanlı dönüştürücü tekniklerinin uygulanmasıyla azaltılır. VSC kullanan yüksek voltajlı DC (HVDC), IGBT'nin acımasız ilerlemesi sayesinde daha yüksek voltajlarda ve akımlarda daha yaygın hale geldiğinden, DC çizgileri, şebekedeki akış yollarının daha fazla kontrolüne izin verdikleri için daha kısa çizgiler için daha çekici bir alternatif olarak ortaya çıkar.
BJT ve MOSFET üzerinden IGBT'lerin faydaları
İletkenlik modülasyonu, son derece küçük bir durum voltaj düşüşü ve yüksek bir akım yoğunluğu ile sonuçlanır. Bu, çip boyutunda ve fiyatta bir azalmaya izin verir.
Giriş MOS geçit düzeni, düşük sürüş güç özelliği ve basit bir sürücü devresi sağlar. Yüksek akım ve voltaj uygulamalarında, bu, akım kontrollü cihazlardan daha basit bir düzenleme sağlar.
Büyük güvenli işletim alanı. Bipolar transistörle karşılaştırıldığında, akımı yürütmede çok daha iyidir ve hem ileri hem de ters engelleme özelliklerinde üstün olduğunu kanıtlar.
Çözüm
IGBT'ler, invertörler, UPS, VSC'ler ve ısıtma devreleri gibi güç elektroniği devrelerinde kullanılan MOS benzeri giriş özelliklerine ve bipolar çıkış özelliklerine sahip voltaj kontrollü bipolar cihazlardır. Ticari olarak temin edilebilen IGBT'ler düşük anahtarlama ve iletim kayıplarına sahiptir ve BJT ve MOSFET'e göre küçük durum üstü voltaj düşüşü, yüksek durumdaki akım yoğunluğu, düşük sürüş gücü, daha basit bir regülasyon, büyük bir güvenli işletim alanı ve üstün ileri ve ters bloke özellikleri gibi birçok avantaj sunar. Ek olarak, IGBT'ler hızlı bir şekilde anahtarlama hızına sahiptir ve yüksek güç seviyelerini kullanabilir, bu da onları HVDC iletim sistemleri gibi güç elektroniği uygulamalarında kullanım için ideal hale getirir.