IGBT là gì ? | Tìm hiểu về công nghệ IGBT

Xin chào các bạn, Hôm nay tôi muốn giới thiệu đến các bạn về một linh kiện điện tử đó là IGBT là gì ? . Tại sao chúng lại được ứng dụng nhều trong các bảng mạch điện nhất là trong các mạch điện công suất.

Khái niệm IGBT là gì ?

Theo như nhiều nguồn tin khác nhau mình tôtngr hợp được thì IGBT (Tiếng anh là Insulated Gate Bipolar Transistor): Transistor có cực điều khiển cách ly là một linh kiện bán dẫn công suất 3 cực được phát minh bởi Hans W. Beck và Carl F. Wheatley vào năm 1982. IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thường.

Các thiết bị chuyển mạch điện tử phổ biến trước đây là BJT (Bipolar Junction Transistor) và MOSFET. Tuy nhiên cả hai thiết bị này đều có những mặt hạn chế để hoạt động ở dòng điện cao. Chúng ta có thể xem IGBT là sự kết hợp của BJT và MOSFET, áp dụng khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của BJT. IGBT cũng là một phần tử được điều khiển bằng điện áp, vì vậy công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ.

Cấu tạo và ký hiệu của IGBT

Về cơ bản thì IGBT cũng giống như Mosfet. Nhưng chũng sẽ có thêm một lớp gắn với      collector tạo nên một cấu trúc P-N-P. giữa emiter (tương tự cực gốc) với collector (tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET. Vì thế có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET.

Vì sự kết hợp này mà IGBT còn được gọi bằng một số tên khách như: Insulated Gate Transistor (IGT), Metal Oxide Semiconductor Insulated Gate Transistor (MOSIGT), Gain Modulated Field Effect Transistor (GEMFET), Conductively Modulated Field Effect Transistor (COMFET). 

Nguyên lý hoạt động của IGBT

Ban đầu, coi như không có điện áp đặt vào chân G , ở giai đoạn này IGBT sẽ ở trạng thái không dẫn điện. Bây giờ nếu chúng ta tăng điện áp đặt vào chân G, do hiệu ứng điện dung trên lớp SiO2, các ion âm sẽ được tích lũy ở phía trên của lớp và các ion dương sẽ được tích lũy ở phía dưới của lớp SiO2. 

Điều này sẽ gây ra sự chèn các hạt mang điện tích âm trong vùng p, điện áp đặt vào VG càng cao thì sự chèn các hạt mang điện tích âm càng lớn. Điều này sẽ dẫn đến sự hình thành kênh giữa điểm nối J2 cho phép dòng điện từ cực C tới cực E. Tóm cái đuôi lại là nguyên lý hoạt động của IGBT như sau:

Khi có điện áp UGE > 0, kênh dẫn hình thành những hạt mang điện (tương tự như MOSFET). Các hạt mang điện di chuyển từ cực E về cực C vượt qua lớp tiếp giáp N-P để tạo thành dòng Colector (ICE).

Ưu nhược điểm của IGBT

Ưu điểm của IGBT

Đây là một số ưu điểm của IGBT.

• Nó đơn giản là mạch đơn giản.
• Nó cung cấp ít hơn về sức đề kháng.
• Nó có khả năng điện áp lớn.
• Tốc độ chuyển đổi nhanh chóng.
• Nó rất dễ dàng để xử lý.
• Nó có ít tiêu hao năng lượng hơn.
• Trở kháng đầu vào của nó cao.
• Nó được điều chỉnh điện áp.
• Nó có thể dễ dàng bật và tắt.

 Nhược điểm của IGBT

Đây là một số nhược điểm của IGBT.

• Nó phải giải quyết vấn đề.
• Nó không chống lại điện áp ngược cao.
• Nó có thời gian tắt lớn.
• Giá của khá cao.

Phân loại IGBT

Chúng ta chia làm nhiều loại như sau. Mỗi loại IGBT đều có những phạm vi hoạt động và ứng dụng riêng trong cácn bảng mạch cụ thể nhứ:

Nguồn điện thấp IGBT

Phạm vi ứng dụng IGBT nói chung là trong phạm vi của 600V, 1KA, 1KHz hoặc cao hơn. Để đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành công nghiệp thiết bị nhà, năng lượng thấp IGBT sản phẩm được giới thiệu, được sử dụng trong lò vi sóng, Máy rửa chén, bếp điện, chỉnh lưu điện tử, máy ảnh và các sản phẩm khác trong thiết bị nhà ngành công nghiệp.

U-IGBT

U (cấu trúc rãnh) – IGBT là rãnh trên sự chết, và một cổng rãnh được hình thành bên trong các tế bào con chip. Bằng việc áp dụng cấu trúc kênh, kích thước tế bào có thể được tiếp tục giảm, kháng chiến channel có thể được giảm, mật độ hiện tại có thể được cải thiện, và các sản phẩm có cùng xếp hạng hiện tại và kích thước chip nhỏ nhất có thể được sản xuất. Một số công ty hiện có sản xuất một loạt các sản phẩm U-IGBT cho lái xe điện áp thấp và bề mặt gắn kết yêu cầu.

NPT-IGBT

NPT (không-punch-through loại)-IGBT thông qua công nghệ wafer silicon mỏng, mà thay thế cao phức tạp và chi phí cao dày lớp cao-kháng epitaxy với ion tiêm vào vùng emitter có thể giảm chi phí sản xuất khoảng 25%, và các cao áp withstand, lớn hơn sự khác biệt của chi phí. Đô thị này có nhiều đặc tính hiệu suất, tốc độ cao, thấp cân, Hệ số nhiệt độ tích cực và không có hiệu lực hãm. NPT-IGBT có độ tin cậy cao nhất khi thiết kế 600-1200V IGBT. Loại NPT đang trở thành hướng phát triển của IGBT.

SDB-IGBT

Sử dụng công nghệ SDB (Silicon trực tiếp liên kết) để sản xuất IGBT tốc độ cao thế hệ thứ tư và mô-đun sản phẩm trên dây chuyền sản xuất IC, với tốc độ cao, độ bão hòa thấp áp thả, hiện tại đuôi thấp, nhiệt độ tích cực hệ số cho dễ dàng song song kết nối, 600V và 1200V phạm vi tuyệt vời hiệu suất, chia thành hai hệ thống chính: UF và RUF.

IGBT cực nhanh

Tập trung nghiên cứu và phát triển là làm giảm tác dụng tailing IGBT, do đó nó có thể nhanh chóng bị tắt. IGBT cực kỳ nhanh chóng phát triển có thể giảm thiểu hiệu ứng tailing, thời gian turn-off không vượt quá 2000ns, và công nghệ lớp đặc biệt chiếu sáng năng lượng cao có thể được sử dụng. Dưới đây 100ns, tailing là ngắn hơn, và các sản phẩm được thiết kế cho điều khiển động cơ. Có 6 mô hình có sẵn, và họ có thể được sử dụng trong bộ chuyển đổi điện sứ.

IGBT / FRD

IGBT/FRD có hiệu quả là kết hợp để giảm sự mất mát của nhà nước chuyển đổi bằng 20%. Nó được đóng gói trong gói TO-247 đánh giá chi tiết kỹ thuật của 1200V, 25, 50, 75, 100A motor drive và chuyển đổi năng lượng, dựa trên IGBT và FRD. Công nghệ mới tạo điều kiện song song của các thiết bị, đạt được thêm đồng nhất nhiệt độ ở mô-đun chip đa và cải thiện độ tin cậy tổng thể.

Mô-đun điện IGBT

Mô-đun điện IGBT sử dụng IC drive, nhiều ổ đĩa bảo vệ mạch điện, hiệu suất cao IGBT chip, công nghệ bao bì mới, từ sức mạnh tổng hợp module PIM thông minh quyền lực mô-đun IPM, khối xây dựng điện tử điện PEBB, mô-đun điện IPEM. PIM phát triển cao áp và cao hiện tại, và thông minh và mô-đun đã trở thành một điểm nóng phát triển IGBT.

So sánh igbt và mosfet, BJT

Để rõ sự khác nhau giữa IGBT với hai loại còn lại thì chúng ta cùng đi so sánh với từng mục như sau:

Sự khác biệt giữa IGBT và BJT là gì ?

Sự khác nhau giữa hai loại này được thể hiện qua ccas yếu tô mà mình liệt kê ở dưới đây.

• IGBT được vận hành thông qua điện áp cổng trong khi BJT thông qua dòng điện.
• Có ba đầu cuối của IGBT phát, cực thu và đế, các đầu cuối của BJT là cực phát, đế và cực thu.
• Khả năng xử lý công suất của IGBT lớn hơn BJT.
• IGBT là sự kết hợp của BJT và FET.
• Cấu trúc bên trong của IGBT phức tạp hơn BJT.
• IGBT là thiết bị mới được tạo ra trong khi BJT cũ hơn.
• Cả hai thành phần cần có giá trị tổn thất điện áp ít hơn ở điều kiện.
• Thời gian trễ của IGBT nhỏ hơn BJT.
• Khả năng chặn chuyển tiếp và chặn ngược của IGBT là tốt sau đó của BJT.
• Trong các ứng dụng điện áp và dòng điện lớn, IGBT có thể dễ dàng điều chỉnh.

Sự khác biệt giữa IGBT và MOSFET là gì ?

• IGBT có thiết bị đầu cuối là bộ phát, bộ thu và cổng, MOSFET; được cấu tạo bằng cổng, nguồn và cổng. 
• IGBT có khả năng xử lý điện năng tốt hơn MOSFET. 
• MOSFET không được cấu tạo bởi các mối nối P-N như IGBT. 
• IGBT có mức điện áp giảm ở phía trước thấp hơn so với MOSFET. 

Kết luận

Trên đây là tất cả những kiến thức mà mình thu thập được về IGBT là gì ?. Nếu bạn có bất cứ câu hỏi hoặc gọp ý nào xin hãy bình luận ở phía dưới bài viết của mình nhé. Cảm ơn các bạn đã theo dõi nội dung bài viết mà mình chía sẻ. Chúc các bạn thành công!

Bài viết tham khảo : Mosfet là gì ?

 

Liên hệ

Kỹ sư cơ điện tử – Mr Trọng

Mobi/Zalo: 0975 116 329

Mail : trongle@huphaco.vn