ترانزیستور آی جی بی تی یکی از انواع ترانزیستور قطعه ای نیمه هادی است که دارای سه کانال بوده و جزو تجهیزات بسیار کارآمد به حساب میآید. ترانزیستور IGBT عملکردی بین ترانزیستور پیوندی دو قطبی و ترانزیستور اثر میدان به وجود میآورد و ولتاژ آن از 20 تا 800 ولت بوده و دارای ضریب دمایی منفی و متغییر است. در اصل امپدانس ورودی بزرگ و سرعت سوئیچ بالای ماسفت با ولتاژ اشباع پایین bjt ترکیب شده است. این ترانزیستور مجهز به فناوری گیت ایزوله است و یک قطعه سه پایه و سه سر است از ترکیب یک ماسفت کانال N با گیت ایزوله شده در ورودی و یک ترانزیستور دو قطبی PNP تشکیل شده است. بنابراین پایه های IGBT کلکتور، امیتر، گیت نام دارد. برخلاف ماسفت یک قطعه یک جهته است، یعنی جریان را فقط از سمت کلکتور به امیتر انتقال می دهد.
IGBT یک دستگاه یک طرفه کنترل کننده ولتاژ است که به صورت نیمه هادی عمل میکند. در اصل انواع IGBT به عنوان یک گیت عایق شده عمل میکند که قدرت بالایی در مدیریت ولتاژها و جریانهای بالا دارد و امروزه برای تهیه انواع وسایل و تجهیزات برقی از این وسیله استفادههای زیادی میشود. آی جی بی تی دارای انواع مختلفی است که هر کدام میتواند کارایی یا وظیفه مخصوص به خود را داشته باشد. در چند سال اخیر شاهد جایگزینی و افزایش استفاده از آن در ساخت وسایل مختلف هستیم. این ترانزیستور میتواند به خوبی ولتاژهای بالا را تحمل کند به همین دلیل توانسته است جایگزین ترانزیستورهای ساده و قدیمی شود.
در زبان فارسی ترانزیستور دوقطبی IGBT برای معرفی این تکنولوژی، متداولتر هستند. این ترانزیستور دوقطبی، قطعهای نیمهرسانا و متشکل از سه ترمینال بوده و عملکردی بین ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT) و ترانزیستور اثر میدان (MOSFET) دارد. امپدانس ورودی بزرگ و سرعت بالای سوئیچینگ در ماسفت و ولتاژ اشباع پایین BJT در ترانزیستور IGBT با هم ترکیب شدهاند.
با استفاده از فناوری جدید توقف میدانی IGBT، جدید ON Semiconductor سری IGBTهای نسل دوم توقف میدانی بهینه را ارائه می دهند.
عملکرد برای اینورتر خورشیدی، UPS، جوشکار، مخابرات، ESS و PFC کاربردهایی که در آنها تلفات رسانایی و سوئیچینگ کم ضروری است.
امکانات:
- ضریب دمایی مثبت برای عملیات موازی آسان
- قابلیت جریان بالا
- امپدانس ورودی بالا
- سوئیچ سریع: EOFF = 7.5 uJ/A
- توزیع پارامتر سفت شده
آشنایی با ساختار IGBT
IGBT از چهار لایه نیمهرسانا برای ایجاد یک ساختار PNPN تشکیل شده است. مطابق شکل، الکترود کلکتور (C) به لایه P متصل شده و امیتر (E) بین لایههای P و N متصل میشود. یک بستر + A P در ساختار IGBT استفاده میشود. یک لایه – N بالای آن قرار میگیرد تا اتصال PN J1 ایجاد شود. دو ناحیه P در بالای لایه N برای برقراری اتصال PN J2 تشکیل میشوند. طراحی ناحیه P به شکلی است که مسیری را در وسط برای الکترود گیت (G) ایجاد میکند. مناطق N+ روی ناحیه P پراکنده میشوند.
برنامه های کاربردی
اینورتر خورشیدی، UPS، جوشکار، PFC، مخابرات، ESS
مزایای استفاده از IGBT
ترانزیستور IGBT در مقایسه با ترانزیستورهای دوقطبی معمولی، بهره توانی و قابلیت عملکرد در ولتاژ بالاتری را ارائه میدهد. همچنین تلفات ورودی در IGBTها پایینتر است. مقاومت حالت هدایت پایین نسبت به ماسفت استاندارد، سادگی راهاندازی، سرعت سوئیچینگ نسبتا بالا و راهانداز گیت صفر، از دیگر مزایای IGBTها هستندهمان طور که اشاره کردیم ransistor igbt دارای سه ترمینال یا همان پایه است. این پایه ها کلکتور (Collector)، امیتر (Emitter) و گیت (Gate) نام دارند. از پایه های کلکتور (Collector) و امیتر (Emitter) جریان عبور می کند و این پایه ها متناظر با مسیر هدایت هستند. پایه گیت (Gate) نیز وظیفه کنترل قطعه را بر عهده دارد. میزان تقویت کنندگی ترانزیستور های igbt با نسبت سیگنال خروجی به سیگنال ورودی برابر است.
کاربرد ترانزیستور igbt
کاربرد اصلی igbt استفاده از آن در برنامه های الکترونیکی قدرت است برای مثال در موارد زیر استفاده می شود:
- در اینورترها
- درایورهای متغیر فرکانس (VFD)
- منبع تغذیه ها
- مبدل ها
- لامپ های مصرف
- یخچال های متغیر سرعت
- تهویه مطبوع
- قطارها، اتومبیل های الکتریکی، سیستم های استریو
- تقویت کننده های سوئیچینگ و غیره
- سیستم های کنترل صنعتی
- موتور های دینامی
- درایوهای با فرکانس متغیر
- به جهت عوض کردن آمپلی در سیستمهای صوتی
- در ساخت سیستمهای کنترل صنعتی
- به عنوان منبع تغذیه در وسایلی مانند اتومبیل برقی، بالاست لامپ، یخچالهای سرعت متغیر، تصفیه هوا و …
کاربردهای IGBT و MOSFET
دستگاه های ماسفت به طور گسترده ای برای سوئیچینگ و تقویت سیگنال های الکترونیکی در دستگاه های الکترونیکی، به طور معمول برای برنامه های کاربردی با نویز بالا استفاده می شود. بیشترین کاربرد ماسفت در منابع تغذیه حالت سوئیچ است، به علاوه می توان از آنها در تقویت کننده های کلاس D استفاده کرد. آنها رایج ترین ترانزیستورهای اثر میدان هستند و می توانند در مدارهای آنالوگ و دیجیتال استفاده شوند. از سوی دیگر، IGBT ها در برنامه های کاربردی با توان متوسط تا فوق العاده بالا مانند منبع تغذیه حالت سوئیچ، گرمایش القایی و کنترل موتور کششی استفاده می شوند. به عنوان یک جزء حیاتی در وسایل مدرن مانند اتومبیل های الکتریکی، بالاست های لامپ و VFD (درایوهای فرکانس متغیر) استفاده می شود. اگرچه IGBT و MOSFET هر دو دستگاه نیمه هادی با ولتاژ کنترل هستند که عمدتا برای تقویت سیگنال های ضعیف استفاده می شوند، IGBT ها قابلیت مقاومت کم ترانزیستور دوقطبی را با ویژگی های درایو ولتاژ یک ماسفت ترکیب می کنند. با گسترش انتخاب ها بین این دو دستگاه، انتخاب بهترین دستگاه تنها بر اساس برنامه های آنها دشوارتر می شود. ماسفت یک دستگاه نیمه هادی چهار ترمینالی است، در حالی که IGBT یک دستگاه سه ترمینالی است که تلاقی بین ترانزیستور دوقطبی و ماسفت است که آنها را در برابر تخلیه الکترواستاتیک و اضافه بار بسیار متحمل می کند.
IGBT چه کاربردی دارد؟
IGBT در کاربردهای الکترونیک، به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی برای افزایش بازدهی و سوئیچینگ سریع در لوازم الکترونیکی، خودروهای برقی، سیستمهای آمپلیفایر و نیز در ساخت انواع اینورتر جوشکاری، ترانس جوش و منبع برق اضطراری UPS مورد استفاده قرار میگیرد.
از IGBTها در کاربردهای ولتاژ بالا نظیر مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، کنترل سرعت متغیر و حتی در اینورترهای DC-AC خورشیدی نیز استفاده میشود.
اصل کار IGBT و MOSFET
یک IGBT اساساً یک دستگاه ماسفت است که یک ترانزیستور قدرت اتصال دوقطبی را با هر دو ترانزیستور یکپارچه روی یک تکه سیلیکون کنترل می کند، در حالی که ماسفت متداول ترین FET گیت عایق است که معمولاً توسط اکسیداسیون کنترل شده سیلیکون ساخته می شود. ماسفت معمولاً با تغییر الکترونیکی عرض کانال توسط ولتاژ روی الکترودی به نام گیت که بین منبع و تخلیه قرار دارد و توسط یک لایه نازک اکسید سیلیکون عایق شده است، کار می کند. یک ماسفت می تواند به دو صورت عمل کند: حالت تخلیه و حالت بهبود.
انواع ترانزیستور
ترانزیستور یکی از مهمترین قطعات الکترونیکی است که همانند یک کلید در مدار عمل کرده و با استفاده از آن میتوان اقدام به تقویت یا قطع سیگنالها کرد.
در حال حاضر 3 نوع ترانزیستور وجود دارد که به شرح زیر هستند:
سه نوع ترانزیستور عمده وجود دارد: ترانزیستور دو قطبی، MOSFET و IGBT. جدول زیر عملکرد و مشخصات این ترانزیستورها را مقایسه می کند. ترانزیستورهای دو قطبی به دلیل نیاز به مدارهای محرک و محافظ و سرعت پایین سوئیچینگ، امروزه به سختی برای برق قدرت و برنامه های سوئیچینگ استفاده می شود. در عوض، از MOSFET و IGBT با توجه به خصوصیات مورد نیاز آن ها به طور انتخابی در پروژه ها استفاده می شود. در شکل زیر، مشخصات ولتاژ حالت یک 30-A IGBT و 31-A فوق اتصال ماسفت (SJMOS) را نشان می دهد. در این مقاله به بررسی تفاوت بین ماسفت و IGBT می پردازیم.
و پرمصرف ترین igbt در دستگاه های جوش میتوان به مدل igbt 60n60 و igbt 40n60 و igbt k50t60 و igbt k75t60 و igbt 60n100 و igbt 40n120 از معروفترین اینها اشاره کرد.
در تفاوت بین سیستم ماسفت و IGBT باید گفت که در منطقه کم جریانMOSFET ولتاژ حالت کمتری نسبت به IGBT از خود نشان می دهد. با این حال، در منطقه با جریان بالا، IGBT ولتاژ حالت کمتری نسبت به MOSFET نشان می دهد، به ویژه در دمای بالا این امر مشهود است. IGBT ها معمولاً در فرکانس سوئیچینگ کمتر از 20 کیلوهرتز مورد استفاده قرار می گیرند زیرا افت سوئیچینگ بالاتری نسبت به ماسفت های تک قطبی دارند.
ترانزیستورهای دو قطبی تنها ترانزیستور های دارای قدرت واقعی بودند که تا زمان ورود ماسفت های بسیار کارآمد در اوایل دهه 1970 مورد استفاده قرار می گرفتند. BJT ها از زمان تأسیس در اواخر سال 1947 پیشرفت های حیاتی عملکرد الکتریکی خود را پشت سر گذاشته اند و هنوز هم به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی استفاده می شوند. ترانزیستورهای دو قطبی دارای ویژگی های خاموش کردن نسبتاً کند هستند و آن ها ضریب دمایی منفی را نشان می دهند که ممکن است منجر به خرابی ثانویه شود. MOSFET ها، دستگاه هایی هستند که به جای کنترل شدن با جریان، توسط ولتاژ کنترل می شوند. آن ها ضریب دمایی مثبت برای مقاومت دارند که فرار حرارتی را متوقف می کند و در نتیجه خرابی ثانویه در آن ها رخ نمی دهد. بعد از این دو نوع ترانزیستور ، IGBT ها در اواخر دهه 1980 به وجود آمدند. IGBT اساساً تلاقی بین ترانزیستورهای دو قطبی و MOSFET ها هستند و همچنین مانند MOSFET با ولتاژ کنترل می شود.
MOSFET، مخفف “ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی فلزی اکسید”، نوع خاصی از ترانزیستور اثر میدانی است که به دلیل ساختار پیچیده و امپدانس ورودی بالا، به طور گسترده ای در مدارهای مجتمع بسیار بزرگ استفاده می شود. این یک دستگاه نیمه هادی چهار ترمینال است که سیگنال های آنالوگ و دیجیتال را کنترل می کند. دروازه ماسفت ( gate ) بین منبع و تخلیه ( drain ) قرار دارد و توسط یک لایه نازک از اکسید فلز عایق بندی می شود که مانع از جریان یافتن بین دروازه و کانال می شود. این فناوری اکنون در انواع وسایل نیمه هادی برای تقویت سیگنال های ضعیف استفاده می شود.
تفاوت ماسفت و IGBT چیست؟
IGBTبا ماسفت هر دو ترانزیستور هستند اما تفاوت هایی نیز دارند در ابتدا یک سری از این تفاوت ها را بیان می کنیم و بعد از ابعاد گوناگون مثل عملکرد و … این دو دستگاه را مقایسه می کنیم از جمله تفاوت های این دو ترانزیستور موارد زیر است پایه IGBT و MOSFET.
IGBT مخفف Insulated-Gate Bipolar Transistor است، در حالی که MOSFET مخفف عبارت Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor است. اگرچه، هر دو دستگاه نیمه هادی کنترل شده با ولتاژ هستند که در کاربردهای منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) بهترین عملکرد را دارند، IGBT ها قابلیت انتقال جریان بالا ترانزیستورهای دوقطبی را با سهولت کنترل ماسفت ها ترکیب می کنند. IGBT ها دروازه بان های جریان هستند که مزایای BJT و MOSFET را برای استفاده در مدارهای منبع تغذیه و کنترل موتور ترکیب می کنند. ماسفت نوع خاصی از ترانزیستورهای اثر میدانی است که در آن ولتاژ اعمال شده رسانایی دستگاه را تعیین می کند.
ترانزیستور IGBT دو قطبی عایق شده است اما ماسفت اثر نیمه هادی می باشد.
IGBT یک جهته است اما ماسفت دو جهته است.
IGBT از ترمینال های امیتر، کلکتور و گیت است اما ماسفت از ترمینال های سورس، درین و گیت تشکیل شده است.
در ماسفت هدایت جریان از طریق الکترون اما در IGBT بر اساس الکترون و حفره این جریان هدایت می شود.
تفاوت MOSFET و IGBT از نظر کارکرد و عملکرد
ماسفت به دو روش حالت تخلیه و حالت تقویت کار می کند. به طور کلی با تغییر ولتاژ، تغییر الکترونیکی عرض کانال بر روی دروازه ای بین منبع و تخلیه انجام می شود و به وسیله لایه نازک اکسید سیلیکون عایق می شود. اما IGBT یک نوع ماسفت است که توسط دو عدد ترانزیستور یکپارچه در یک قطعه سیلیکون قدرت اتصال دوقطبی کنترل می شود.
مقایسه سیستم ماسفت و IGBT
پس از کسب اطلاعات لازم در مورد ماسفت و IGBT بهتر است با تفاوت این دو ترانزیستور با یکدیگر نیز آشنا شوید.
اولین تفاوت سیستم MOSFET و IGBT در عملکرد آنها است به طور معمول ماسفت با تغییر الکترونیکی عرض کانال ولتاژ که روی الکترود منبع و تخلیه قرار میگیرد کار میکند. در مقابل IGBT قدرت اتصال دو قطب را در ترانزیستور یکپارچه در یک قطعه سیلیکونی کنترل می کند.
مورد بعد مقایسه این دو قطعه از نظر کارایی است، درست است که IGBT زیر مجموعهای از ماسفت است ولی به دلیل جدید بودن، دارای کارایی بهتر و قدرت بیشتری است؛ همچنین درصد خطای آن نیز پایین تر است.
تفاوت دیگر این دو قطعه از نظر امپدانس ورودی است؛ IGBT دارای یک دستگاه دوقطبی به همراه ولتاژ کنترل شده است که آمیداس ورودی بالایی داشته و میتواند به خوبی جریانهای بالا را کنترل کند اما ماسفتها دارای لایه جداسازی بین دروازه و کانال هستند که هیچ ورودی برای کنترل جریان در آنها وجود ندارد و این موضوع سبب ایجاد یک مقاومت در قسمت دروازه شده است.
مقایسه از نظر آسیب پذیری
مورد آخر تفاوت و مقایسه دو قطعه IGBT (آی جی بی تی) و ماسفت از نظر آسیب است به صورتی که در زمان آسیب دیدن IGBT باید مدارهای آن تعویض شود و این وسیله در برابر اضافه بار و ولتاژ بالا از خود مقاومت بالایی نشان میدهد. در مقابل ماسفتها از مقاومت کمتری برخوردار بوده و احتمال آسیب به آنها بیشتر است.
تفاوت سیستم MOSFET و IGBT در اینورتر جوشکاری از مهمترین نکاتی است که هنگام انتخاب این مبدلها باید به آن توجه شود. ماسفت و آی جی بی تی از انواع سوئیچهای الکترونیک قدرت هستند که نقش مهمی در کنترل ولتاژ، جریان و توان خروجی دارند. ممکن است بسیاری از افراد بر سر این دوراهی قرار گرفته باشند که کدام یک از مبدلهای ماسفت یا IGBT را انتخاب کنند؟ در صورتی که میخواهید اطلاعات کاملتری در مورد کاربرد، مزایا و معایب هر کدام از این تجهیزات به دست بیاورید میتوانید تا پایان این مطلب با ما همراه باشید.
تفاوت بین سیستم ماسفت و IGBT در عملکرد
IGBT اساساً یک دستگاه MOSFET است که ترانزیستور قدرت اتصال دو قطبی را با هر دو ترانزیستور یکپارچه در یک قطعه سیلیکون کنترل می کند، در حالی که MOSFET متداول ترین دروازه عایق بندی شده FET است که معمولاً توسط اکسیداسیون کنترل شده سیلیکون ساخته می شود. ماسفت به طور کلی با تغییر الکترونیکی عرض کانال توسط ولتاژ بر روی الکترودی به نام دروازه که بین منبع و تخلیه قرار دارد، کار می کند و توسط یک لایه نازک اکسید سیلیکون عایق می شود. MOSFET می تواند به دو روش کار کند: حالت تخلیه و حالت تقویت.
تفاوت ماسفت و IGBT در امپدانس ورودی
بررسی امپدانس ورودی در این دو ترانزیستور بسیار مهم است زیرا یک تفاوت اصلی به شمار می رود. IGBT امپدانس ورودی بالا و قابلیت کنترل جریان بیشتری دارد. ماسفت به علت اینکه لایه ای به منظور جداسازی بین دروازه و کانال دارد؛ هیچ ورودی برای جریان ندارد. جنس این لایه از اکسید سیلیکون است. این موضوع باعث مقاومت دروازه می شود.
امپدانس ورودی IGBT و MOSFET
تفاوت بین سیستم ماسفت و IGBT در امپدانس ورودی یکی دیگر از سری تفاوت های بین سیستم ماسفت و IGBT است. IGBT دستگاهی دو قطبی با ولتاژ کنترل شده با امپدانس ورودی بالا و قابلیت کنترل جریان زیاد ترانزیستور دو قطبی است. کنترل آن ها در مقایسه با دستگاه های کنترل شده فعلی در کاربردهای با جریان زیاد آسان است. MOSFET برای کنترل جریان بار تقریباً به هیچ ورودی احتیاج ندارد که باعث مقاومت بیشتر آن ها در ترمینال دروازه می شود، این امر به لطف لایه جداسازی بین دروازه و کانال است. این لایه از اکسید سیلیکون ساخته شده است که یکی از بهترین عایق های مورد استفاده است. این ولتاژ اعمال شده را به استثنای جریان نشتی کوچک به طور کارآمد مسدود می کند.
MOSFET و IGBT از نظر مقاومتی چه تفاوتی دارند؟
ماسفت ها بیشتر در معرض تخلیه الکترواستاتیک هستند. در اصل ظرفیت دروازه توسط عایق اضافی اکسید سیلیکون کاهش می یابد که موجب می شود سنسور های ولتاژ بالا دچار آسیب شوند و اجزای داخلی صدمه ببینند.
MOSFETها بیشتر در معرض تخلیه الکترواستاتیک (ESD) قرار دارند زیرا امپدانس ورودی بالای فناوری MOS در MOSFET اجازه نمی دهد شارژ به صورت کنترل شده تری از بین برود. عایق اضافی اکسید سیلیکون ظرفیت دروازه را کاهش می دهد که باعث می شود در برابر سنسورهای ولتاژ بسیار بالا آسیب ببیند و بصورت اجتناب ناپذیری به اجزای داخلی آسیب برساند. ماسفت ها به ESD بسیار حساس هستند. نسل سوم IGBT ویژگی های درایو ولتاژ MOSFET را با قابلیت مقاومت روشن پایین در ترانزیستور دو قطبی ترکیب می کند ، بنابراین آن ها را در برابر اضافه بار و افزایش ولتاژ بسیار مناسب هستند.
مقاومت در برابر آسیب
ماسفتها نسبت به تخلیه الکترواستاتیکی (ESD) حساستر هستند، زیرا امپدانس ورودی بالای فناوری MOS در ماسفت اجازه نمیدهد شارژ بهصورت کنترلشدهتری از بین برود. عایق اضافی اکسید سیلیکون ظرفیت گیت را کاهش می دهد که آن را در برابر ولتاژهای بسیار بالا آسیب پذیر می کند که به طور اجتناب ناپذیری به اجزای داخلی آسیب می رساند. ماسفت ها به ESD بسیار حساس هستند. نسل سوم IGBT ویژگیهای درایو ولتاژ یک ماسفت را با قابلیت مقاومت کم ترانزیستور دوقطبی ترکیب میکند، بنابراین آنها را در برابر اضافه بار و افزایش ولتاژ بسیار متحمل میکند.
موارد استفاده از ماسفت ها و IGBT ها
دستگاه های MOSFET به طور گسترده ای برای تعویض و تقویت سیگنال های الکترونیکی در دستگاه های الکترونیکی، معمولاً برای کاربردهای با صدای زیاد استفاده می شوند. بیشترین کاربرد MOSFET در منابع تغذیه حالت سوئیچ است، به علاوه می توان از آن ها در تقویت کننده های کلاس D استفاده کرد. آن ها متداول ترین ترانزیستور اثر میدانی هستند و می توانند در مدارهای آنالوگ و دیجیتال استفاده شوند. از طرف دیگر، IGBT در برنامه های با قدرت متوسط تا فوق العاده بالا مانند منبع تغذیه حالت سوئیچ ، گرمایش القایی و کنترل موتور کششی استفاده می شود. این ترانزیستور به عنوان یک جز حیاتی در وسایل مدرن مانند اتومبیل های برقی، بالاست لامپ، و VFD (درایو های فرکانس متغیر) استفاده می شود.
فروشگاه اینترنتی ولد پارت با ارائه انواع igbt های با کیفیت، خدمات ارزنده ای به شما مشتریان عزیر هدیه می دهد.
