Linh kiện điện tử bán dẫn trở thành một phần không thể thiếu trong kỹ thuật điện, công nghiệp. Các chi tiết nhỏ tham gia vào hệ thống, nâng cao hiệu năng hoạt động, vận hành của mạch điện. IGBT là một linh kiện đặc biệt, có tính ứng dụng cao trong mạch điện tử.
Tuy nhiên, khá ít người hiểu rõ IGBT là gì? Đặc điểm cấu tạo, ứng dụng cũng như ký hiệu của loại linh kiện này như thế nào? Bạn đọc quan tâm, cùng Batiea tìm hiểu linh kiện IBGT qua bài viết dưới đây.
IGBT là gì? Ký hiệu và chức săng của linh kiện này là gì?
IGBT là thuật ngữ được nhắc đến khá phổ biến trong lĩnh vực điện tử, tự động hóa. Vậy, IGBT là gì? Ký hiệu và ưu - nhược điểm của linh kiện này như thế nào trong mạch điện?
IGBT là gì?
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là linh kiện bán dẫn có 3 cực giúp chuyển mạch nhanh chóng, ứng dụng trong nhiều thiết bị hiện đại. Năm 1982, IGBT được phát minh bởi nhà khoa học Hans W. Beck và Carl F. Wheatley.
Linh kiện IGBT được kết hợp bởi MOSFET và BJT với khả năng chịu tải lớn của các trasistor thông thường. Đặc điểm của IGBT cũng là một phần tử được điều khiển bằng điện áp cực nhỏ.
Ký hiệu của IGBT trên mạch điện tử GCE (Gate - Collector - Emitter) Với hình tròn và 3 cân cực.
Ưu nhược điểm của linh kiện IGBT là gì?
Linh kiện chuyển mạch IGBT có những ưu - nhược điểm riêng, mang lại cho mạch điện tử. Cụ thể, ưu - nhược điểm của chúng như sau:
Ưu điểm của IGBT:
- Thực hiện chuyển mạch nhanh chóng, đóng - cắt dễ dàng.
- Chịu được điện áp lớn từ 600v đến 1.5kV, cùng tải dòng lớn lên đến 1KA.
- Khả năng vận hành ổn định, sụt áp thấp.
Hạn chế của IGBT:
- Tần số cao ấp thấp dưới 400V. Nếu hoạt động với tần số cao hơn thì IGBT sẽ bị sụt áp.
- Chỉ dành cho hệ thống và thiết bị có công suất vừa - nhỏ.
- Giá thành IGBT cao hơn so với các loại linh kiện bán dẫn khác.
▷ Xem thêm: Chất bán dẫn là gì? Nguyên lý hoạt động trong dòng điện và hạt tải điện.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IGBT như thế nào?
Tìm hiểu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của IGBT sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về loại linh kiện này.
Cấu trúc và cấu tạo của IGBT như thế nào?
IGBT là sự kết hợp của BJT và MOSFET, do vậy, cấu trúc của IGBT cũng giống 2 loại linh kiện này. Cụ thể, cổng đầu vào (Gate) tương tự MOSFET, đầu ra với lớp nối với cổng Collectỏ tạo nên cấu trúc bán dẫn Emitter (Tương tự cực gốc), Collector (Tương tự cực máng).
Do vậy, cấu tạo của IGBT có thể được xem là linh kiện bán dẫn P-N-P với dòng base và được điều khiển bằng 1 MOSFET.
Cấu tạo phần cứng của IGBT sẽ bao gồm 3 cực gắn với 3 lớp kim loại khác nhau. Tại đó, lớp kim loại cổng G sẽ được cách điện với chất bán dẫn bằng SiO2. Chi tiết cấu tại linh kiện IGBT nói chung sẽ gồm 4 lớp bán dẫn kẹp vào nhau: Lớp cần cực C là p+, lần lượt là n là phần J2 và p là J1.
Nguyên lý hoạt động của IGBT như thế nào?
Cụ thể, nguyên lý hoạt động của linh kiện IGBT sẽ như sau: Nếu có điện áp đặt vào chân G, sẽ xuất hiện hiệu ứng điện dung ở lớp cách điện SiO2, tạo ra sự tích điện âm ở trên lớp này và tích điện âm ở dưới lớp SiO2. Điều này tạo nên sự chèn ép các điện tích ở vùng p, tạo nên kênh kết nối giữa J2, cho phép dòng điện chạy từ C sang E. Đồng thời, dòng điện sẽ vượt qua lớp tiếp giám N-P tiếp theo, tạo thành dòng Collector.
▷ Xem thêm: Đi ốt (Diode) là gì? Ứng dụng và nguyên lý hoạt động của diot.
Phân loại IGBT hiện có trên thị trường
Nhìn chung, linh kiện bán dẫn IGBT có khả năng chuyển mạch nhanh chóng, ổn định, nên chúng được ứng dụng khá nhiều trong mạch điện tử. Hiện nay, thị trường có 2 loại linh kiện loại IGBT chính được phân loại dựa trên lớp n+, cụ thể như sau:
IGBT có lớp n+ được gọi là Punch through IGBT (PT – IGBT). Đặc điểm dễ xảy ra sự cố ngắn mạch, thiết bị ổn định nhiệt, có lớp p+ dày hơn, dễ gặp sự cố ở nhiệt độ cao.
IGBT không có lớp n+ được gọi là Non-Punch through IGBT (NPT – IGBT). Đặc điểm của loại IGBT này là: Ít xảy ra sự cố ngắn mạch với tính ổn nhiệt cao, lớp collector p+ mỏng, hoạt động dễ dầng ở nhiệt độ cao.
Ứng dụng thực tế của linh kiện IGBT như thế nào?
Linh kiện IGBT có tính ứng dụng cao trong ngành công nghiệp và điện dân dụng. Cụ thể, các ứng dụng thực tế của loại linh kiện này:
- IGBT ứng dụng trong công nghiệp: Đảm nhiệm nhiệm vụ bật tắt theo trình tự để tạo xung với độ rộng khác nhau. Biến tần của IGBT có chức năng giảm sóng hài trong mạng điện công nghiệp. Ứng dụng nhiều trong các máy hàn, thiết bị điện, biến tần…
- IGBT ứng dụng trong điện dân dụng: Tích hợp trong thiết bị bếp điện từ, đóng vai trò chuyển mạch. IGBT là giải pháp giúp bếp vận hành ổn định, tiết kiệm điện và an toàn hơn.
Linh kiện bán dẫn đóng vai trò tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Hiểu bản chất và chức năng của IGBT sẽ giúp bạn đọc sử dụng cũng như chọn linh kiện chính xác nhất cho hệ thống. Hy vọng thông tin trên đây của Batiea sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về IGBT để sử dụng hiệu quả.