ทรานซิสเตอร์สองขั้วที่หุ้มฉนวนที่ทันสมัย (IGBTS) มักจะถูกปรับใช้เป็นอุปกรณ์สองขั้วควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติอินพุตโลหะออกไซด์-ออกไซด์ (MOS) และคุณสมบัติเอาต์พุตสองขั้ว การแนะนำของ IGBT ได้อนุญาตให้วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์เก็บเกี่ยวผลประโยชน์ของทั้งทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์ Power MOS (MOSFET) และทรานซิสเตอร์สองขั้วขนาดเล็ก (BJT) เป็นฮาร์ดแวร์ชิ้นเดียวที่รวมฟังก์ชั่นของพลังงาน MOSFET และ BJT โครงสร้างผสมผสานคุณสมบัติของเกตไดรฟ์ที่เรียบง่ายของ MOSFETs กับความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันและความอิ่มตัวต่ำของทรานซิสเตอร์สองขั้ว
คำว่า "เกตฉนวน" อธิบายถึงความต้านทานอินพุตสูงของอินพุตของ MOSFET เนื่องจากใช้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วประตูของมันแทนที่จะเป็นอุปทานภายนอก คำว่า "สองขั้ว" อธิบายถึงภูมิภาคเอาท์พุทของ BJT ซึ่งกระแสกระแสผ่านผู้ให้บริการประจุสองตัว: อิเล็กตรอนและหลุม ด้วยเหตุนี้จึงสามารถจัดการกระแสและแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีแรงดันสัญญาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น IGBT เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการก่อสร้างแบบไฮบริด
ค่าของ IGBTs ใน Power Electronics
Power Electronics ค้นหาการใช้งานอย่างกว้างขวางสำหรับ IGBTS โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน Servo Servo ความกว้างพัลส์ (PWM) และไดรฟ์สามเฟสที่เรียกร้องให้มีการควบคุมที่แม่นยำในช่วงความเร็วที่หลากหลายพร้อมเสียงรบกวนพื้นหลังน้อยที่สุด อุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถใช้ในวงจรพลังงานที่ต้องการการสลับบ่อยเช่นระบบจ่ายไฟ (UPS) และระบบ Switched Mode Power (SMPS)IGBTเพิ่มประสิทธิภาพและลดเสียงรบกวนทำให้เป็นนักแสดงที่มีพลังมากขึ้นในวงจรอินเวอร์เตอร์ในรถยนต์และรถบรรทุกรวมถึงในมอเตอร์อุตสาหกรรมและเครื่องใช้ในครัวเรือนเช่นเครื่องปรับอากาศและตู้เย็น
นอกจากนี้ IGBTs ยังใช้กันทั่วไปในระบบพลังงานหมุนเวียนเช่นอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมซึ่งช่วยในการแปลงพลังงาน DC ให้เป็นพลังงาน AC อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับใช้ในบ้านและธุรกิจ พวกเขาสามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าสูงและระดับปัจจุบันทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ เทคโนโลยีทำงานได้ดีเช่นกันในวงจรแปลงโหมดเรโซแนนท์และหม้อหุงเหนี่ยวนำ IGBT ที่มีวางจำหน่ายทั่วไปมีการสลับและการสูญเสียการนำไฟฟ้าต่ำ
การใช้งานทั่วไปของ IGBTS
มาเป็นตัวอย่างของวงจรความร้อนที่กระตุ้น การสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์หรือการสลับกระแสเป็นศูนย์ใช้ในการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำเพื่อลดการสูญเสียการสลับ IGBTs มักจะเป็นที่ต้องการเป็นสวิตช์ที่นี่เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเรโซแนนซ์สูงหรือกระแสไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเตาอบไมโครเวฟเหนี่ยวนำหม้อหุงข้าวเหนี่ยวนำและเครื่องใช้ในการเหนี่ยวนำอื่น ๆ เป็นไปได้ทั้งหมดเนื่องจากการใช้ IGBTS ในทำนองเดียวกันในระบบ UPS นั้น IGBTs มีให้เลือกทั้งในระดับปานกลางและขนาดใหญ่ (KVA หรือความจุสูงกว่า) ซึ่งนำไปสู่การประหยัดพื้นที่และประสิทธิภาพสูง
อีกตัวอย่างหนึ่งคือตัวแปลงแหล่งแรงดันไฟฟ้า (VSC) IGBTS มีแรงดันไฟฟ้าสูงและการจัดอันดับกระแสสูงซึ่งช่วยให้ระดับการควบคุมและความยืดหยุ่นไม่สามารถทำได้กับ thyristors การใช้งานของพวกเขาสนับสนุนการใช้งานสาย DC แบบหลายสายและความยากลำบากในการกรองฮาร์มอนิกปัจจุบันที่ด้าน AC ของตัวแปลงจะลดลงโดยการใช้เทคนิค PWM และเทคนิคตัวแปลงหลายชั้น เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูง DC (HVDC) ที่ใช้ VSCs กำลังแพร่หลายมากขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสสูงขึ้นเนื่องจากความก้าวหน้าอย่างไม่หยุดยั้งของ IGBT เส้น DC จึงกลายเป็นทางเลือกที่น่าดึงดูดยิ่งขึ้น
ประโยชน์ของ IGBTS มากกว่า BJT และ MOSFET
การปรับค่าการนำไฟฟ้าส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลงขนาดเล็กมากและความหนาแน่นกระแสสูงในสถานะสูง สิ่งนี้ช่วยลดขนาดและราคาของชิป
เค้าโครงเกต MOS อินพุตให้ความสามารถในการขับขี่ต่ำและวงจรไดรฟ์ตรงไปตรงมา ในแอปพลิเคชันปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าสูงสิ่งนี้จะช่วยให้การควบคุมง่ายกว่าอุปกรณ์ควบคุมปัจจุบัน
พื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัยขนาดใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์สองขั้วมันจะดีกว่าในการดำเนินการในปัจจุบันและพิสูจน์ได้ดีกว่าทั้งในด้านความสามารถในการปิดกั้นและการย้อนกลับ
บทสรุป
IGBTS เป็นอุปกรณ์ bipolar ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มีลักษณะอินพุตเหมือน MOS และคุณสมบัติเอาต์พุตสองขั้วที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์พลังงานเช่นอินเวอร์เตอร์, UPS, VSCs และการกระตุ้นวงจรความร้อน IGBT ที่มีวางจำหน่ายทั่วไปมีการสลับและการสูญเสียการนำไฟฟ้าต่ำและเสนอข้อได้เปรียบมากมายมากกว่า BJT และ MOSFET เช่นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กในรัฐความหนาแน่นกระแสสูงในสถานะสูงพลังงานการขับขี่ต่ำการควบคุมที่ง่ายขึ้นพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัยขนาดใหญ่และความสามารถในการปิดกั้นการปิดกั้น นอกจากนี้ IGBTS มีความเร็วในการสลับอย่างรวดเร็วและมีความสามารถในการจัดการระดับพลังงานสูงทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในแอพพลิเคชั่นอิเล็กทรอนิกส์พลังงานเช่นระบบส่งสัญญาณ HVDC