Insulated Gate Bipolar Transistor – sözlərin baş hərflərindən ibarət olan bir elektron dövrə elementi olan IGBT , ilk növbədə açarlama məqsədləri üçün bir çox sahələrdə qarşımıza çıxır. Lazım olduqda bir diod, triac və ya tranzistor kimi çıxış edə biləcək bir IGBT nədir? Nə işə yarayar? Təfərrüatlar məqaləmizdə.
IGBT nədir?
Insulated Gate Bipolar Transistor (rəzəsi(qapısı) təcrid edilmiş bipolyar tranzistor-IGBT), əsasən, 3 pinli yarımkeçirici cihazdır. 4 qatdan (P-N-P-N) ibarətdir və metal oksid yarımkeçiricisi (MOS) tərəfindən idarə olunur. Ayrılan tranzistor adlanır. Əsasən elektrik dövrələrində istifadə olunur. Buna görə, güc elektronikasına gəldikdə ağla gələn ilk elementlərdən biridir. Onun əsas vəzifəsi elektron açarlmadır və bu açarlama prosesini tez və səmərəli şəkildə həyata keçirir.
IGBT gərginliklə idarə olunan elementdir. Qapıdan keçən potensial fərqlə açılır. Tamamilə nəzarət edildiyi üçün bu gərginlik çıxarıldıqda avtomatik olaraq kəsməyə keçər və bu onu sürətli bir element halına gətirir. Simvol, tranzistor simvolunun cüt xəttli versiyasıdır.
İtkiləri nisbətən kiçikdir, lakin iqtisadi cəhətdən bahalıdır və əsasən xüsusi tətbiqlərdə, böyük və həssas dövrələrdə istifadə olunur. Məsələn, Formula G nəqliyyat vasitələrində ovuc ölçülü IGBT elementləri istifadə olunur. IGBT bazarındakı məşhur istehsalçılar Microsemi Fairchild və Ixys-dir.
IGBT üçün bir çox tətbiqdə, elektrik enerjisi üçün bir açarlama cihazı adlandırmaq səhv deyil. Bu tətbiqlərə bir nümunə göstərmək lazım gələrsə;
♦ Dəyişən Tezlik Sürücüləri (VFD)
♦ Elektrikli avtomobillər
♦ Dəmiryol Nəqliyyatının Elektrik Sistemi
♦ Dəyişən Sürətə sahib Soyutma Elektronikası
♦ Kondisionerlər
♦ Gücləndirici kommutasiyaya sahib Stereo sistemləri
İzolyasiya üçün istifadə olunan material adətən bərk polimerlərdən hazırlanır, lakin materialın deqradasiyası problemi ilə üzləşən mühəndislər hazırda izolyasiya üçün yeni bir material axtarırlar.
IGBT-nin vəzifələri nələrdir? Harada istifadə etmək olar?
IGBT çox tez açılması və bağlanması xüsusiyyətinə görə çox vaxt gücləndirici (amplifier) sxemlərində qarşımıza çıxır. Xüsusilə PWM (Pulse Width Modulyasiya) texnikasının və aşağı keçirici filtrlərin köməyi ilə mürəkkəb dalğa formalarını sintez etməyə qadirdir.
IGBT, MOSFET-in qapı ötürücülü xüsusiyyətlərini və BJT tipli (Bipolar) tranzistorun yüksək cərəyan-aşağı gərginlik doyma qabiliyyətini özündə cəmləşdirir. Giriş dəyərlərini idarə etmək üçün FET tipli tranzistorun izolyasiya edilmiş qapısından istifadə edir və keçid üçün bipolyar güc tranzistorunun imkanlarından istifadə edir.
IGBT, orta və yüksək enerji , məsələn, açarlamalı(impulslu) enerji mənbələri, dartma ilə idarə olunan mühərriklər, induksiya qızdırıcıları kimi tətbiqlərdə istifadə edilə bilər. Böyük IGBT modulları paralel olaraq bir çox cihazı idarə edə bilər və yüksək axım idarəertməsi kimi vəzifələri icra edə bilər.
2-ci və 3-cü nəsil IGBT modulları, yüksək güclü siqnal yaratmaq qabiliyyətlərinə görə tez-tez hissəciklər və plazma fizikalarında istifadə olunur. Digər bir üstünlük siqnal keyfiyyəti və rəqibləri ilə müqayisədə bir qədər aşağı qiymətdir. IGBT induksiya motorlarında ən çox yayılmış elementlərdən biridir.
Xüsusilə bugünkü elektrikli avtomobillər və hibrid avtomobillər üçün IGBT əvəzsiz bir vasitədir. Güc elektronikası dövrələrində istifadə edərək bir çox vəzifəni öz üzərinə götürən IGBT, bu yeni nəsil avtomobil texnologiyasının inkişafına böyük töhfə verir.
IGBT tarixi
İlk IGBT 1968-ci ildə Yamagami adlı bir yapon tərəfindən kəşf dildi. MOSFET-ə əsaslanan cihaz, bipolyar olmadığı üçün IGT olaraq qeyd edildi. 1978-ci ildə Plummer adlı Kanada vətəndaşı, bugünkü IGBT-nin əsasını qoyan və sonradan ilk nəsil IGBT olacaq cihazı inkişaf etdirdi. Hans W. Becke və Carl F. Wheatley 1980-ci ildə çox oxşar bir IGBT modulu hazırladıqlarını açıqladılar.
Əslində, yeni ixtira hesab olunan IGBT-in ilk nəsli 1980-ci illərdə görüldü. 1982-ci ildə Hindistanda Baliga adlı bir alim tərəfindən yüksək cərəyanlara qarşı çıxa biləcək bir IGBT modeli hazırlanmışdır. 1983-cü ildə IGBT’nin keçid sürəti müxtəlif inkişaflarla artırıldı.
1984-cü ildə 1200V-luq bir İGBT hazırlanmış və bu ixtira Yaponiyada A. Nakagawa tərəfindən reallaşdırılmışdır. 1985-ci ildə Baliga daha bir istiliyədavamlı IGBT hazırladı. Elə həmin il bu iki IGBT model Toshiba tərəfindən ticarət edildi.
1990-cı illərdə istehsal olunan yeni IGBT modelləri açarlama prosesi yavaş idi. Axım zamanı bağlanmamaq kimi problemlər də yaşanırdı.Üstünə yüksək axımlarda isinmə və yanma kimi çeşidli xətalar əlavə edilincə yeni bir dizaynın təməli atılmış oldu.
İkinci nəsil IGBT daha da təkmilləşdirildi və üçüncü nəsil daha da sabit oldu. Sürət baxımından MOSFET ilə rəqabətə başlayan IGBT, böyük dözümlülük və möhkəmliyi sayəsində bir çox insanın rəğbətini qazanmışdır.
Güc MOSFET-ləri və IGBT
IGBT, MOSFET ilə müqayisədə aşağı gərginlik düşküsünə malikdir. Gərginliyə maneə törətmək qabiliyyəti hər iki cihaz üçün demək olar ki, eynidir, lakin IGBT daxilində əlavə P-N bloku ilə əks cərəyanı blok edə bilir. MOSFET üçün bu belə deyil.
Əks gərginlik IGBT-yə tətbiq olunursa, dövrədəki IGBT qarşısında bir sıra diod istifadə etmək lazımdır. Bundan əlavə, IGBT, MOSFET ilə müqayisədə keçid itkisi və sürət baxımından bir qədər geridə qalır.
MOSFET-də gərginliyin azalması rezistordakı gərginliyin azalmasına bənzəyir, lakin IGBT-də gərginlik düşməsi daha çox dioddakı gərginlik düşməsinə bənzəyir. Bundan əlavə, MOSFET-in daxili müqaviməti aşağı gərginliklərdə IGBT-dən daha azdır.
Bu iki element arasındakı seçim, bloklanmış gərginlik dəyəri, əks cərəyan gücü (tutumu) və fərqli keçid(açarlama) xüsusiyyətləri səbəbindən tamamilə istifadəçidən asılıdır. Ümumiyyətlə, IGBT üçün yüksək gərginlik, yüksək cərəyan və aşağı keçid tezliyi kimi dəyərlərə, MOSFET üçün isə aşağı gərginlik, aşağı cərəyan və yüksək keçid tezliyinə üstünlük verilməlidir.
Müxtəlif IGBT modelləri və xüsusiyyətləri
1) IGBT və sərbəst dövrə diodlarından ibarət olan IGBT modulu. 1200 A və 3300 V-ə qədər dayana bilər.
2) H-körpü adlandırılan 4 tərəfli İGBT modulunun daxili quruluşu. 400 A və 600 V-ə dözə bilər.
3) Ən kiçik IGBT nümunələrindən biridir. 30A və 900V-ə qədər dayana bilər.
4) Powerex CM600DU-24NFH modeli IGBT moduludur. Qəlibləri və sərbəst dövrə diodlarını müşahidə etmək üçün içərisi açılıb.
Məqalənin hazırlanmasında aşağıdakı keçiddəki yazıdan istifadə edilib: https://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/igbt-nedir-guc-elektronigi-dersleri/11284#ad-image-1
