IGBT Là Gì? Ứng Dụng Và Nguyên Lý Hoạt động Của IGBT

Trong bài này chúng ta cùng nhau tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của IGBT. Tại sao chúng được sử dụng trong các mạch công xuất cao và khi sử dụng IGBT cần lưu ý điều gì.

Table of Contents

Toggle

• IGBT là gì?
• Cấu tạo, ký hiệu, cách nhận biết thông số ghi trên IGBT
  • Cấu tạo và ký hiệu của IGBT
  • Cách nhận biết thông số ghi trên thân IGBT
• Có những loại IGBT nào?
  • Phân loại theo phạm vi ứng dụng
  • Phân loại theo công nghệ chế tạo và chi tiết cấu trúc
  • Phân loại theo kiểu vỏ chế tạo
• Nguyên lý hoạt động của IGBT
• Các thông số đặc trưng của IGBT là gì?
• Đặc tính đóng cắt của IGBT
  • Quá trình mở của IGBT
  • Quá trình khóa của IGBT
• Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area)
• Yêu cầu với tín hiệu điều khiển
• Vấn đề bảo vệ IGBT và giải pháp
• Ưu điểm và nhược điểm của IGBT
  • Ưu điểm
  • Hạn chế
• Ứng dụng của IGBT
• Cách đo và kiểm tra IGBT
• Lời kết

IGBT là gì?

IGBT (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, ký hiệu, cách nhận biết thông số ghi trên IGBT

Cấu tạo và ký hiệu của IGBT

Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn 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). 

Cách nhận biết thông số ghi trên thân IGBT

Các bạn có thể biết hai thông số đầu tiên thông qua mã số của IGBT

• Với IGBT bên trên chúng ta nhận biết được nó chịu được dòng 25A và điện áp lên tới 1200V.

Ví dụ khác

• Tương tự với IGBT FGA15N1200V ta cũng dễ dàng suy ra dòng IC là 15A và áp chịu đựng UCE lên tới 1200V.

Có những loại IGBT nào?

Phân loại theo phạm vi ứng dụng

• Với 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.

Phân loại theo công nghệ chế tạo và chi tiết cấu trúc

• IGBT thường được phân làm 2 loại NPT-IGBT và PT-IGBT hay còn được gọi là IGBT đối xứng và IGBT bất đối xứng. Chúng khác nhau về công nghệ chế tạo, chi tiết cấu trúc.
• IGBT có lớp đệm n+ thì được gọi là NPT-IGBT. Nếu không có thì là PT-IGBT.
• IGBT đối xứng có điện áp đánh thủng thuận và nghịch bằng nhau được sử dụng trong các ứng dụng điện xoay chiều.
• Trong khi IGBT bất đối xứng thì điện áp đánh thủng ngược nhỏ hơn điện áp đánh thủng thuận. Loại này được sử dụng cho mạch điện một chiều, vì thiết bị không cần hỗ trợ dòng điện theo chiều ngược lại.

Phân loại theo kiểu vỏ chế tạo

Nguyên lý hoạt động của IGBT

IGBT bao gồm 3 cực được gắn với 3 lớp kim loại khác nhau và lớp lớp kim loại ở cổng vào (Gate) được phủ một lớp silicon dioxide cách điện. Ở gần lớp Collector là một lớp p+ được đặt trên một lớp n-. Một lớp p khác được đặt gần Emitter và bên trong lớp p đó chúng ta còn có một lớp p+. Phần tiếp giữa giữa p+ và n- được gọi là J2 và giữa n- và p là J1. Bạn có thể tham khảo cấu trúc IGBT qua hình ảnh sau đây. 

Để hiểu nguyên lý hoạt động của IGBT, hãy xem xét nguồn điện áp dương VG được nối với cổng Gate. Một nguồn điện áp dương VCC khác được nối với Emitter và Collector. Do nguồn điện áp VCC, tiếp điểm J1 sẽ được phân cực thuận còn J2 sẽ phân cực nghịch. Với đặc tính này, sẽ không có bất cứ dòng điện nào bên trong IGBT (từ Emitter đến Collector).

Ban đầu, không có bất cứ dòng điện nào chạy qua cổng Gate, lúc này IGBT ở trạng thái không dẫn điện. Khi chúng ta tăng điện áp qua cổng Gate, theo hiệu ứng điện dung trên lớp SiO2, các ion mang điện trở âm sẽ tích tụ trên mặt trên còn các ion mang điện trở dương sẽ tích ở bề mặt dưới của lớp SiO2.

Điều này dẫn đến hiện tượng tăng cao của các hạt mang điện tích âm ở lớp p. Điện áp ở VG càng cao thì các hạt mang điện tích âm càng được tích tụ nhiều hơn. Từ đây sẽ hình thành đường dẫn ở tiếp điểm J2 cho phép dòng điện chạy từ Collector sang Emitter. Khi dòng điện vào VG càng cao thì dòng điện chạy từ Collector sang Emitter cũng tăng lên. 

Các thông số đặc trưng của IGBT là gì?

Nhà sản xuất linh kiện đưa ra các thông số đặc trưng sau đây để quy định khả năng làm việc cực đại và cực tiểu cho phép của IGBT.

• Điện áp lớn nhất cho phép: VCES
• Dòng điện chịu tải lớn nhất IC (được đo ở nhiệt độ cụ thể)
• Dòng điện lớn nhất có thể lặp lại ICM là dòng điện cực đại quá độ mà IGBT có thể chịu được, có trị số cao hơn IC.
• Giới hạn điện áp kích ở cực cổng: VGES. Chiều dày và đặc tính oxit ở cổng xác định điện áp này. Điện áp cổng phải giới hạn thấp hơn để hạn chế dòng điện IC khi bị sự cố.
• Dòng điện tải cảm ILM: là dòng điện cực đại lặp lại mà IGBT có thể cắt được khi làm việc có dòng điện phục hồi qua diode thoát nối song song với tải cảm và làm tăng tổn hao chuyển mạch.
• Điện áp rơi bão hòa VCESAT
• Điện tích cổng QC giúp thiết kế mạch điều khiển cổng thích hợp và tính toán gần đúng tổn hao. Thông số này thay đổi theo điện áp UGE.

Đặc tính đóng cắt của IGBT

Do cấu trúc p – n – p mà điện áp thuận giữa C và E trong chế độ dẫn dòng ở IGBT thấp hơn hẳn so với Mosfet. Tuy nhiên do cấu trúc này làm cho thời gian đóng cắt của IGBT chậm hơn so với Mosfet, đặc biệt là khi khóa lại.

Trên hình vẽ thể hiện cấu trúc tương đương của IGBT với Mosfet và một Tranzitor p – n – p. Ký hiệu dòng qua IGBT gồm hai thành phần: i1 dòng qua Mosfet, i2 dòng qua Tranzitor.

Phần Mosfet trong IGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu xả hết được điện tích giữa G và E, do đó dòng i1= 0, tuy nhiên i2 sẽ không suy giảm nhanh chóng được do lượng điện tích lũy trong (tương đươngvới bazo của cấu trúc p-n-p) chỉ có thể mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích. Điều này xuất hiện vùng dòng điện kéo dài khi khóa IGBT.

Sơ đồ thử nghiệm một khóa IGBT:

Quá trình mở của IGBT

Quá trình mở IGBT diễn ra giống với quá trình này ở Mosfet khi điện áp điều khiển vào tăng tử 0 đến giá trị Ug. Trong thời gian trễ khi mở Io tín hiệu điều khiển nạp điện cho tụ Cgc làm điện áp giữa cực điều khiển và emite tăng theo quy luật hàm mũ từ 0 đến giá trị ngưỡng Uge( 3 đến 5v). Chỉ bắt đầu từ đó Mosfet trong cấu trúc của IGBT mới bắt đầu mở ra.

Dòng điện giữa colector-emite tăng theo quy luật tuyến tính từ 0 đến dòng tải Io trong thời gian Tr.Trong thời gian Tr điện áp giữa cực điểu khiển và emite tăng đến giá trị Uge xác định giá trị dòng Io qua colecto.

Do diode Do còn đang dẫn dòng tải Io nên điện áp Uce vẫn bị găm lên mức điện áp nguồn 1 chiều Udc. Tiếp theo quá trình mở diễn ra theo 2 giai đoạn T1 và T2. Trong suốt hai giai đoạn này điện áp giữa cực diều khiển giữ nguyên Uge để duy trì dòng Io, do dòng điều khiển hoàn toàn là dòng phóng tụ Cgc.

IGBT vẫn làm việc trong chế đô tuyến tính. Trong giai đoạn đầu diễn ra quá trình khóa và phục hổi của diode Do dòng phục hồi của diode Do tạo nên xung dòng trên mức dọng Io của IGBT. Điện áp Uce bắt đầu giảm.IGBT chuyển điểm làm việc qua vùng chế độ tuyến tính để sang vùng bão hòa. Giai đoạn 2 tiếp diễn quá trình giảm điện trở trong vùng thuần trở của colecto dẫn đến điện trở colecto-emite về đến giá trị Ron khi bão hòa hoàn toàn

Uce= IoRon.

Sau thời gian mở Ton khi tụ Cgc đã phóng điện xong, điện áp giữa cực điều khiển và emito tiếp tục tăng theo quy luật hàm mũ với hằng số thời gian CgcRg đến giá trị cuối cùng Ug.

Tổn hao năng lượng khi mở được tính gần đúng bằng:

Nếu tính thêm ảnh hưởng của quá trình phục hồi của diode Do thì tổn hao năng lượng sẽ lớn hơn do xung dòng trên dòng colector.

Quá trình khóa của IGBT

Dạng điện áp, dòng điện của quá trình khóa thể hiện như hình dưới.

Quá trình khóa bắt đầu khi điện áp điều khiển giảm từ UG xuống -UG. Trong thời gian trễ khi khóa td(off) chỉ có tụ đầu vào Cgc giải phóng điện qua dòng điều khiển đầu vào với hằng số thời gian bằng CgcRg, tới mức điện áp Miller.

Bắt đầu từ mức Miller điện áp giữa cực điều khiển và emiter bị giữ không đổi do điện áp Ucc bắt đầu tăng lên và do đó tụ Cgc bắt đầu được nạp điện. Dòng điều khiển bây giờ sẽ hoàn toàn là dòng nạp cho tụ Cgc nên điện áp UGF được giữ không đổi.

Điện áp Vce tăng từ giá trị bão hòa Vce,on tới giá trị điện áp nguồn Vdc sau khoảng thời gian trV. Từ cuối khoảng trV điôt D0 bắt đầu mở ra cho dòng tải Io ngắn mạch qua, do đó dòng collector bắt đầu giảm.

Quá trình giảm dòng diễn ra theo hai giai đoạn, tfi1 và tfi2. Trong giai đoạn đầu, thành phần dòng i1 của MOSFET trong cấu trúc bán dẫn IGBT suy giảm nhanh chóng về không. Điện áp Vge ra khỏi mức Miller và giảm về mức điện áp điều khiển ở đầu vào –VG với hằng số thời gian RG(Cge + Cgc). Ở cuối khoảng tfi1, Vge đạt mức ngưỡng khóa của MOSFET, VGE(th), tương ứng với việc MOSFET bị khóa hoàn toàn.

Trong giai đoạn hai, thành phần dòng i2 của transistor p-n-p bắt đầu suy giảm. Quá trình giảm dòng này có thể kéo rất dài vì các điện tích trong lớp n – chỉ bị mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích tại chỗ. Đó là vấn đề đuôi dòng điện đã nói đến ở trên.

Tổn hao năng lượng trong quá trình khóa có thể tính gần đúng bằng:

Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area)

Vùng làm việc an toàn được thể hiện dưới dạng đồ thị quan hệ giữa điện áp và giá trị dòng điện lớn nhất mà phần tử có thể hoạt động được trong mọi chế độ, khi dẫn, khi khóa, cũng như trong các quá trình đóng cắt. SOA của IGBT được biểu diễn ở hình dưới.

Ở hình đầu tiên biểu diễn khi điện áp đặt lên cực điều khiển và emitor là dương và hình thư hai thì điện áp này là âm. Khi điện áp điều khiển dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế ở phía trên, bên phải, tương ứng với chế độ dòng điện và điện áp lớn. Điều này có nghĩa là khi chu kì đóng cắt càng ngắn, ứng với tần số làm việc càng cao thì khả năng đóng cắt công suất càng suy giảm.

Khi đặt điện áp điều khiển âm lên cực điều khiển và emitor, SOA lại bị giới hạn ở vùng công suất lớn do tốc độ tăng điện áp quá lớn sẽ dẫn đến xuất hiện dòng điện lớn đưa vào vùng p của cực điều khiển, tác dụng giống như dòng điều khiển làm IGBT mở trở lại như tác dụng đối với cấu trúc của thyristor. Tuy nhiên khả năng chịu đựng tốc độ tăng áp ở IGBT lớn hơn nhiều so với ở các phần tử bán dẫn công suất khác.

Giá trị lớn nhất của dòng cho phép collector cho phép Icm được chọn sao cho tránh được hiện tượng chốt giữ dòng, không khóa lại được, giống như ở thyristor. Hơn nữa, điện áp điều khiển lớn nhất Uge cũng phài được chọn để có thể giới hạn được dòng điện Ice trong giới hạn lớn nhất cho phép này trong điều kiện sự có ngắn mạch bằng cách chuyển đổi bắt buộc từ chế độ bão hòa sang chế độ tuyến tính.

Khi đó dòng Ice được giới hạn không đổi, không phụ thuộc vào điện áp Uce lúc đó. Tiếp theo IGBT phải được khóa lại trong điều kiện đó, càng nhanh càng tốt để tránh phát nhiệt quá mạnh . Tránh được hiện tượng chốt giữ dòng bằng cách liên tục theo dõi dòng collector là điều cần thiết khi thiết kế IGBT.

Yêu cầu với tín hiệu điều khiển

IGBT là phần tử điều khiển bằng điện áp, giống như MOSFET, nêu yêu cầu điện áp có mặt liên tục trên cực điều khiển và emitor để xác định chế độ khóa, mở. Mạch điều khiển cho IGBT có yêu cầu tối thiểu như được biểu diễn sơ đồ như hình dưới:

Tín hiệu mở có biên độ UGE, tín hiệu khóa có biên độ – UGE cung cấp cho mạch G – E qua điện trở RG. Mạch G – E được bảo vệ bởi diode ổn áp ở mức khoảng +/- 18V.

Do có tụ ký sinh lớn giữa G và E nên kỹ thuật điều khiển như điều khiển MOSFET có thể được áp dụng, tuy nhiên điện áp khóa phải lớn hơn. Nói chung tín hiệu điều khiển thường được chọn là + 15V và – 5V là phù hợp. Mức điện áp âm khi khóa góp phần giảm tổn thất công suất trên mạch điều khiển như được minh họa bằng hình a dưới đây.

Điện trở RG cũng ảnh hưởng đến tổn hao công suất điều khiển được mô tả bằng hình b. Điện trở RG nhỏ, giảm thời gian xác lập tín hiệu điều khiển, giảm ảnh hưởng của dUCE/df, giảm tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển, nhưng lại làm mạch điều khiển nhạy cảm hơn với điện cảm ký sinh trong mạch điều khiển.

Dòng điều khiển đầu vào phải cung cấp được dòng điện có biên độ bằng:

Tổn hao công suất trung bình có thể tính bằng:

Trong đó (miliCulông, mC) là điện tích nạp cho tụ đầu vào, giá trị thường được cho trong tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất; là tần số đóng cắt của IBGT.

Vấn đề bảo vệ IGBT và giải pháp

Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao, từ 2 đến hàng chục kHz. Ở tần số đóng cắt cao như vậy, những sự cố có thể phá hủy phần tử rất nhanh và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị. Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ các phần tử có lỗi do chế tạo hoặc lắp ráp.

Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá trị âm. Tuy nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công suất phát nhiệt tăng đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt. Mặt khác khi khóa IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dấn đến tốc độ tăng dòng quá lớn, gây quá áp trên collector, emiter, lập tức đánh thủng phần tử. Trong sự cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo quy luật như cũ, cũng không đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng điện được.

Giải pháp:

Giải pháp tối ưu được đưa ra là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT. Hay còn gọi là khóa mềm (soft turn-off) khi phát hiện có sự cố dòng tăng quá mức cho phép. Trong trường hợp này điện áp trên cực điều khiển. Và emito được giảm đi từ tử về điện áp âm khi khóa. I

GBT sẽ chuyển về trạng thái khóa qua chế độ tuyến tính. Do đó dòng điện bị hạn chế và giảm dần về không. Tránh được quá áp trên phần tử. Thời gian khóa của IGBT có thể kéo dài 5 đến 10 lần thời gian khóa thông thường.

Ưu điểm và nhược điểm của IGBT

Với những tính năng ưu việt kể trên, IGBT kỳ vọng sẽ dần thay thế tất cả những linh kiện bán dẫn khóa khác. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì vẫn tồn tại một số hạn chế được trình bày như sau:

Ưu điểm

• Cho phép việc đóng ngắt dễ dàng, chức năng điều khiển nhanh chóng.
• Chịu được điện áp lớn hơn MOS. Thường là 600V đến 1,5kV. Còn có một số loại được chế tạo đặc biệt hơn để chụi được điện áp lớn hơn nữa.
• Tải dòng lớn, cỡ xấp xỉ 1kA. Sụt áp bé và điều khiển bằng áp.
• Chúng ta cùng so sánh IGBT với các linh kiện điện tử khác:

Hạn chế

• Tần số thấp hơn so với MOS. Dẫn tới những ứng dụng cần tần số cao áp 400V thì MOS vẫn được ưu tiên hơn. Nếu IGBT hoạt động ở tần số cao thì sụt áp sẽ lớn hơn.
• Công suất nhỏ và vừa
• Giá thành cao hơn so với các linh kiện khác. Kéo theo các thiết bị có sử dụng linh kiện này cũng có giá thành cao.

Ứng dụng của IGBT

• Được sử dụng trong trình điều khiển động cơ xoay chiều và 1 chiều.
• Sử dụng trong hệ thống cung cấp điện không kiểm soát (UPS)

• Sử dụng để kết hợp đặc tích gate-drive đơn giản của MOSFET với điện áp cao và bão hòa thấp của transistor lưỡng cực.
• Sử dụng trong nguồn cấp điện có chế độ chuyển mạch (SMPS)
• Sử dụng trong điều khiển động cơ kéo và gia nhiệt cảm ứng.
• Công nghệ IGBT được so sánh gần giống với Transistor bởi chức năng của IGBT bếp từ đó chính là  khả năng đóng cắt siêu nhanh. Trong ngành điện công nghiệp thì công nghệ IGBTđược ứng dụng trong các máy hàn điện tử, máy cát plasma, máy cơ khí, đóng vai trò là bộ biến tần hiệu quả.

• IGBT còn được ứng dụng trong việc lắp đặt, vận hành máy nung cao tần. Có IGBT sẽ giúp cho máy nung hoạt động ổn định với khả năng chuyển mạch điện nhanh, đảm bảo quá trình vận hành luôn được tiện lợi, nhanh chóng. Từ đó, nâng cao năng suất lao động và tiết kiệm tối đa chi phí cho người dùng.

Cách đo và kiểm tra IGBT

Với bất kì IBGT nào trước khi đo cũng như kiểm tra xem nó còn sống hay đã chết thì chúng ta cũng phải kiểm tra thật kĩ càng các yếu tố liên quan về mặt thông số để tránh trường hợp lắp vào mạch điện gây hỏng hóc thêm không cần thiết.

Bạn có thể tự kiểm tra IGBT của mình đơn giản bằng đồng hồ vạn năng. Nhưng trước khi kiểm tra, bạn phải tuân thủ những lưu ý sau: 

• Hãy đảm bảo an toàn điện, tránh phát sinh tĩnh điện làm hỏng thiết bị của bạn. 
• Không nên để điện áp ở cổng Gate và Emitter lớn hơn mức điện áp quy định của IGBT. 
• Nếu cổng Gate hở, bạn phải duy trì mức điện áp giữa Collector và Emitter thấp hơn 20V. 
• Sử dụng đồng hồ vạn năng có chức năng kiểm tra diode.

• Các bước tiến hành:

Sử dụng đồng hồ Kim thang đo 10K (điện áp kích ngưỡng 9VDC, với cực dương đồng hồ kim là que ĐEN, cực âm đồng hồ kim là que ĐỎ) để kiểm tra IGBT.

Bước 1: Xả điện áp giữa 3 chân G – C- E (Để IGBT không còn điện áp kích chân G)

+ Que ĐEN vào chân C hoặc E

+ Que ĐỎ vào chân G

Bước 2: Đo kiểm tra 2 chân C – E (Có 1 chiều Kim lên)

+ Que ĐEN vào chân C

+ Que ĐỎ vào chân E

=> Không lên Kim

+ Que ĐEN vào chân E

+ Que ĐỎ vào chân C

=> Đồng hồ lên kim (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm giữa 0 và 1 là IGBT tốt)

Bước 3: Tiến hành kích chân G của IGBT

+ Que ĐEN vào chân G

+ Que ĐỎ vào chân C hoặc chân E

Bước 4: Kiểm tra sau khi kích chân G (Kiêm tra xem khi kích xong thì các chân C và E như nào)

+ Que ĐEN vào chân C

+ Que ĐỎ vào chân E

=> Đồng hồ lên Kim (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm giữa 0 và 1 tức là cặp chân C – E IGBT tốt hay IGBT đã được kích và còn điều khiển tín hiệu kích tốt)

+ Que ĐEN vào chân E

+ Que ĐỎ vào chân C

=> Đồng hồ lên Kim (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm giữa 0 và 1 tức là cặp chân E – C IGBT tốt hay cặp chân thể hiện bằng hình Diode của IGBT còn tốt)

Bước 5: Kiểm tra xem giữa2 chân còn lại là G – C xem có bị rò hay bị thủng không bằng cách

+ Que ĐEN vào chân G

+ Que Đỏ vào chân C

=> Kim không lên

+ Que ĐEN vào chân C

+ Que ĐỎ vào chân G

=> Kim không lên

Bước 6: (Đo bổ sung và kiểm tra lớp bán dẫn giữa các cực)

+ Sau khi các bạn đã đo đủ 5 bước với IGBT và IGBT đó đều thỏa mãn tất cả các phép đo, thì chúng ta tiến hành đo lớp tiếp dẫn của IGBT

+Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn 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.

+ Que ĐỎ vào chân E

+ Que ĐEN vào chân C

=> Đồng hồ hiển thị điện áp trong TH này là abcV (Ý nghĩa là điện áp lệch giữa 2 cực bán dẫn P và N còn tốt).

+ Que ĐỎ vào chân C

+ Que ĐEN vào chân E

=> Đồng hồ hiển thị 0V

Lời kết

IGB là một linh kiện điều khiển công xuất cao, các bạn có tehể nhìn thấy IGBT trong các mạch cps công xuất và tần số đóng cắt lớn vì ợi dụng đặc tính của cả Transistor và Mosfet.

Nếu cảm thấy bài viết có ích hay đánh giá và chia sẻ cho bạn bè. Đừng quên tham gia nhóm Nghiện lập trình để cùng trao đổi và kết nối nhé!

5/5 - (3 bình chọn)