Transistor bipolar gerbang terisolasi modern (IGBTS) umumnya digunakan sebagai perangkat bipolar yang dikontrol tegangan yang memiliki karakteristik input seperti semikonduktor logam-oksida (MOS) dan fitur output bipolar. Pengenalan IGBT telah memungkinkan para insinyur elektronik untuk menuai manfaat dari kedua transistor efek lapangan MOS (MOSFET) dan transistor bipolar sinyal kecil (BJT) sebagai satu perangkat keras yang menggabungkan fungsionalitas komponen daya dan komponen BJT. Struktur ini menggabungkan karakteristik drive gerbang sederhana dari MOSFET dengan kemampuan arus tinggi dan saturasi rendah dari transistor bipolar.
Istilah "gerbang terisolasi" menggambarkan impedansi input tinggi dari input MOSFET karena menggunakan tegangan di terminal gerbang daripada pasokan eksternal. Istilah "bipolar" menggambarkan wilayah output BJT, di mana arus mengalir melalui dua pembawa muatan: elektron dan lubang. Karena itu, ia mampu mengelola arus dan tegangan yang sangat besar dengan hanya sedikit tegangan sinyal. IGBT adalah perangkat yang dikendalikan tegangan karena konstruksi hibrida.
Nilai IGBT dalam elektronik daya
Daya elektronik menemukan penggunaan luas untuk IGBT, terutama dalam servo modulasi lebar pulsa (PWM) dan drive tiga fase yang membutuhkan kontrol yang tepat pada berbagai kecepatan dengan kebisingan latar belakang minimal. Perangkat ini juga dapat digunakan dalam sirkuit daya yang perlu sering beralih, seperti sistem catu daya tidak terputus (UPS) dan sistem catu daya sakelar-mode (SMPS).IGBTMeningkatkan efisiensi dan mengurangi kebisingan, menjadikannya pemain yang lebih dinamis di sirkuit inverter di mobil dan truk, serta di motor industri dan peralatan rumah tangga seperti AC dan lemari es.
Selain itu, IGBT juga umumnya digunakan dalam sistem energi terbarukan seperti inverter tenaga surya dan angin, di mana mereka membantu untuk secara efisien mengubah daya DC menjadi daya AC untuk digunakan di rumah dan bisnis. Mereka dapat menangani level tegangan dan arus yang tinggi, membuatnya ideal untuk aplikasi ini. Teknologi ini bekerja dengan baik di sirkuit konverter mode resonansi dan kompor induksi. IGBT yang tersedia secara komersial memiliki kerugian switching dan konduksi yang rendah.
Penggunaan IGBT yang umum
Mari kita ambil contoh sirkuit pemanasan yang melantik. Sakelar tegangan nol atau switching arus nol digunakan dalam pemanasan induksi untuk meminimalkan kehilangan switching. IGBT sering lebih disukai sebagai sakelar di sini karena tegangan resonansi atau arus yang tinggi. Khususnya, oven microwave induksi, kompor nasi induksi dan peralatan memasak induksi lainnya dimungkinkan karena penggunaan IGBT. Demikian pula, dalam sistem UPS, IGBT tersedia dalam jenis medium dan besar kapasitas (beberapa KVA atau kapasitas lebih besar), yang berkontribusi pada penghematan ruang dan efisiensi tinggi.
Contoh lain adalah konverter sumber tegangan (VSC). IGBT memiliki peringkat tegangan dan arus tinggi, yang memungkinkan tingkat kontrol dan fleksibilitas yang tidak dapat dicapai dengan thyristor. Penggunaannya mendukung implementasi garis DC multiterminal, dan kesulitan memfilter harmonik saat ini di sisi AC konverter dikurangi dengan penerapan teknik PWM dan multilayer converter. Karena tegangan tinggi DC (HVDC) yang menggunakan VSCS menjadi lebih luas pada tegangan dan arus yang lebih tinggi berkat kemajuan IGBT yang tanpa henti, garis DC muncul sebagai alternatif yang lebih menarik untuk jalur yang lebih pendek karena mereka memungkinkan untuk kontrol yang lebih besar dari rute aliran pada jaringan.
Manfaat IGBT atas BJT dan MOSFET
Modulasi konduktivitas menghasilkan penurunan tegangan on-state yang sangat kecil, dan kepadatan arus negara yang tinggi. Ini memungkinkan pengurangan ukuran dan harga chip.
Input MOS Gate Layout memberikan kemampuan daya mengemudi yang rendah dan sirkuit penggerak langsung. Dalam aplikasi arus dan tegangan tinggi, ini memungkinkan regulasi yang lebih sederhana daripada perangkat yang dikendalikan saat ini.
Area operasi yang besar dan aman. Dibandingkan dengan transistor bipolar, jauh lebih baik dalam melakukan arus, dan terbukti lebih unggul baik dalam kemampuan pemblokiran maju dan terbalik.
Kesimpulan
IGBT adalah perangkat bipolar yang dikendalikan tegangan dengan karakteristik input seperti mos dan fitur output bipolar, digunakan dalam sirkuit elektronik daya seperti inverter, UPS, VSC dan menginduksi sirkuit pemanasan. IGBT yang tersedia secara komersial memiliki kerugian switching dan konduksi yang rendah, dan menawarkan banyak keunggulan dibandingkan BJT dan MOSFET, seperti penurunan tegangan di negara bagian kecil, kepadatan arus tinggi di negara bagian, daya penggerak rendah, regulasi yang lebih sederhana, area operasi yang aman, dan kemampuan pemblokiran ke depan dan terbalik yang lebih unggul. Selain itu, IGBT memiliki kecepatan pengalihan cepat dan mampu menangani tingkat daya tinggi, membuatnya ideal untuk digunakan dalam aplikasi elektronik daya seperti sistem transmisi HVDC.