ترانزیستورهای دو قطبی دروازه عایق مدرن (igbts) معمولاً به عنوان دستگاه دو قطبی کنترل شده با ولتاژ با ویژگی های ورودی نیمه هادی فلزی-اکسید (MOS) و ویژگی های خروجی دو قطبی مستقر می شوند. معرفی IGBT به مهندسان الکترونیک این امکان را داده است تا از مزایای ترانزیستور اثر میدان قدرت MOS (MOSFET) و ترانزیستور دو قطبی سیگنال کوچک (BJT) به عنوان یک قطعه سخت افزاری استفاده کنند که ترکیب عملکرد اجزای قدرت MOSFET و BJT است. این ساختار ویژگی های ساده دروازه درایو MOSFET ها را با قابلیت جریان بالا و ولتاژ کم و ولتاژ کم ترانزیستورهای دو قطبی ترکیب می کند.
اصطلاح "دروازه عایق" امپدانس ورودی بالای ورودی MOSFET را توصیف می کند زیرا از ولتاژ در ترمینال دروازه خود استفاده می کند و نه یک منبع خارجی. اصطلاح "دو قطبی" منطقه خروجی BJT را توصیف می کند ، جایی که جریان از طریق دو حامل بار جریان می یابد: الکترون و سوراخ. به همین دلیل ، قادر به مدیریت جریان ها و ولتاژهای عظیم با ولتاژ سیگنال کمی است. IGBT به دلیل ساخت و ساز هیبریدی ، وسیله ای کنترل شده با ولتاژ است.
مقدار IGBT در الکترونیک برق
الکترونیک برق استفاده گسترده ای را برای IGBT ها ، به ویژه در سرویس های مدولاسیون عرض پالس (PWM) و درایوهای سه فاز پیدا می کند که خواستار کنترل دقیق بر روی طیف گسترده ای از سرعت با حداقل نویز پس زمینه هستند. این دستگاه ها همچنین می توانند در مدارهای برق که نیاز به تعویض مکرر دارند ، مانند منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) و سیستم های منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) استفاده شوند.igbtراندمان را تقویت می کند و نویز را کاهش می دهد و آن را به یک مجری پویاتر در مدارهای اینورتر در اتومبیل و کامیون و همچنین در موتورهای صنعتی و لوازم خانگی مانند تهویه هوا و یخچال تبدیل می کند.
علاوه بر این ، IGBT ها نیز معمولاً در سیستم های انرژی تجدید پذیر مانند اینورترهای انرژی خورشیدی و باد استفاده می شوند ، جایی که آنها به تبدیل کارآمد قدرت DC به قدرت AC برای استفاده در خانه ها و مشاغل کمک می کنند. آنها می توانند ولتاژ بالا و سطح فعلی را تحمل کنند و آنها را برای این برنامه ها ایده آل می کنند. این فناوری به خوبی در مدارهای مبدل حالت رزونانس و اجاق گاز القایی کار می کند. IGBT های تجاری در دسترس تجاری دارای ضرر سوئیچینگ و هدایت کم هستند.
کاربردهای متداول IGBTS
بیایید نمونه ای از مدار گرمایش القا کننده را بگیریم. سوئیچینگ ولتاژ صفر یا سوئیچینگ جریان صفر در گرمایش القایی برای به حداقل رساندن ضرر سوئیچ استفاده می شود. IGBT ها به دلیل ولتاژ رزونانس بالا یا جریان اغلب به عنوان سوئیچ در اینجا ترجیح داده می شوند. به ویژه ، اجاق های مایکروویو القایی ، اجاق گازهای برنج القایی و سایر وسایل پخت و پز القایی به دلیل استفاده از IGBT ها همه امکان پذیر هستند. به طور مشابه ، در سیستم های UPS ، IGBT ها در هر دو نوع ظرفیت متوسط و بزرگ (چندین KVA یا ظرفیت بیشتر) در دسترس هستند که به صرفه جویی در فضا و راندمان بالا کمک می کند.
مثال دیگر مبدل منبع ولتاژ (VSC) است. IGBT ها دارای ولتاژ و رتبه بندی بالایی هستند ، که امکان کنترل و انعطاف پذیری را در اختیار تریستورها فراهم نمی کند. استفاده از آنها از اجرای خطوط DC چندتایی پشتیبانی می کند و دشواری در فیلتر کردن هارمونیک های فعلی در سمت AC مبدل با استفاده از تکنیک های PWM و مبدل چند لایه کاهش می یابد. از آنجا که ولتاژ بالا DC (HVDC) با استفاده از VSC ها به لطف پیشرفت بی امان IGBT ، در ولتاژها و جریان های بالاتر گسترده تر می شود ، خطوط DC به عنوان یک جایگزین جذاب تر برای خطوط کوتاه تر ظاهر می شوند زیرا امکان کنترل بیشتر مسیرهای جریان را در شبکه فراهم می کند.
مزایای IGBTS نسبت به BJT و MOSFET
مدولاسیون هدایت منجر به افت ولتاژ بسیار کوچک و چگالی جریان در حالت بالا می شود. این امر باعث کاهش اندازه و قیمت تراشه می شود.
طرح ورودی MOS GATE قابلیت قدرت رانندگی کم و یک مدار درایو مستقیم را فراهم می کند. در برنامه های جریان و ولتاژ بالا ، این امکان را برای تنظیم ساده تر از دستگاه های کنترل شده فعلی فراهم می کند.
منطقه بزرگ عملیاتی ایمن. در مقایسه با ترانزیستور دو قطبی ، در انجام جریان بسیار بهتر است و در هر دو قابلیت مسدود کننده رو به جلو و معکوس برتر است.
پایان
IGBT ها دستگاه های دو قطبی کنترل شده با ولتاژ با ویژگی های ورودی MOS مانند و ویژگی های خروجی دو قطبی هستند که در مدارهای الکترونیک برق مانند اینورترها ، UPS ، VSC ها و مدارهای گرمایش استفاده می شوند. IGBT های تجاری در دسترس تجاری دارای ضرر و زیان سوئیچینگ و هدایت کم هستند و مزایای بسیاری از BJT و MOSFET را ارائه می دهند ، مانند افت ولتاژ کوچک در حالت ، چگالی جریان بالا در حالت بالا ، قدرت رانندگی کم ، تنظیم ساده تر ، یک منطقه بزرگ کار ایمن و قابلیت های مسدود کننده برتر به جلو و معکوس. علاوه بر این ، IGBT ها سرعت سوئیچینگ سریع دارند و قادر به دستیابی به سطح بالایی هستند و آنها را برای استفاده در برنامه های الکترونیکی برق مانند سیستم های انتقال HVDC ایده آل می کند.