ไอ.จี.บี.ที (IGBT : Insulate Gate Bipolar Junction Transistor)

โดย : Admin

ไอ.จี.บี.ที (IGBT : Insulate Gate Bipolar Junction Transistor)

 

 

ไอ.จี.บี.ที  (IGBT : Insulate Gate Bipolar Junction Transistor) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กําลังที่พัฒนาขึ้นมาไม่นานนัก โดยใช้การผสมผสานกันระหว่างข้อดีด้านเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์และข้อดีด้านอินพุตของมอสเฟตเข้าด้วยกัน   กล่าวคือไอ.จี.บี.ทีจะมีคุณสมบัติด้านอินพุตเหมือนมอสเฟตคือมีความต้านทานอินพุตสูงมากแต่มีความต้านทานเอาต์พุตเมื่อนํากระแสต่ำ ซึ่งทำให้ไอ.จี.บี.ที  เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กําลังที่ควบคุมการเปิด-ปิดของกระแสไฟฟ้าได้ด้วยแรงดัน(Voltage control current souce ) เช่นเดียวกับมอสเฟตกําลัง

ไอ.จี.บี.ทีเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กําลังที่ทํางานได้ในย่านความถี่สูงกว่าทรานซิสเตอร์ แต่ต่ำกว่ามอสเฟตคือทำงานที่ความถี่ระหว่าง 1kHz-100KHz แต่พิกัดของกระแสและแรงดันไฟฟ้าสูงกว่ามอสเฟตกําลังคือ 500A/2000V 


โครงสร้างและสัญลักษณ์

ไอ.จี.บี.ที มีสามขา  ซึ่งประกอบด้วยขาอินพุตคือเกต(Gate,G) ขาเอาต์พุตคือคอลเลกเตอร์(Collector,C) และอิมิตเตอร์  (Emiiter,E) 

โครงสร้างของ IGBT เมื่อพิจารณาจากรูป  ที่อินพุตจะพบว่าเหมือนมอสเฟตตัวหนึ่งต่ออยู่  ส่วนทางเอาต์พุตเปรียบเหมือนเป็นทรานซิสเตอร์กําลัง

รูปบน คือ สัญลักษณ์ของ IGBT
รูปล่าง คือตัวอย่าง IGBT ขนาดต่างๆที่มีพิกัดแรงดันและพิกัดกระแสใช้งานที่แตกต่างกัน

 

คุณลักษณะทางกระแสและแรงดัน หรือ V-I Characteristic

ลักษณะทางกระแสและแรงดันของไอ.จี.บี.ที จะคล้ายกลับมอสเฟตกําลังค่อนข้างมาก   จากวงจรการทดสอบหาคุณลักษณะและกราฟ V- I Characteristic ที่แสดงในรูปด้านล่าง จะเห็นว่าเพิ่ม V_GE ให้สูงขึ้นก็จะทําให้กระแสที่ผ่านไอ.จี.บี.ทีมีค่าสูงขึ้นด้วย โดยการแสโหลดหรือการแสที่ผ่านขา C  (I_C) ของไอ.จี.บี.ที    ส่วนวงจรด้าน C_E นั้นคือวงจรกําลังที่โหลดต่ออยู่  และวงจรด้านขา G คืออินพุตของไอ.จี.บี.ที  ที่รับสัญญาณควบคุมการปิด-เปิดจากวงจรกําเนิดสัญญาณภายนอก

โดยปกติไอ.จี.บี.ที  สามารถนําไปใช้แทนมอสเฟตกําลังได้โดยตรงเพราะว่าใช้สัญญาณควบคุมเกตเป็นชนิดเดียวกัน


 

 

เมื่อเปรียบเทียบคุณสมบัติด้านต่างๆของทรานซิสเตอร์กําลัง(BJT)    MOSFET    and    IGBT จะได้ดังต่อไปนี้

 

โครงสร้างภายใน IGBT

การนําไปประยุกต์ใช้งาน

โดยทั่วไป IGBT จะนิยมนําไปใช้ในวงจรกำลังของอินเวอร์เตอร์ที่ใช้ควบคุมความเร็วและทอร์คของมอเตอร์ไฟฟ้า    ขับเคลื่อนมอเตอร์สําหรับรถไฟฟ้า  วงจรควบคุมมอเตอร์เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน   วงจรปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ในระบบจําหน่าย   อินเวอร์เตอร์สําหรับเซลล์แสงอาทิตย์แหล่งจ่ายไฟฟ้าฉุกเฉิน(UPS) และเตาไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนํา (Induction heating cooker) รวมถึงเครื่องเชื่อมไฟฟ้าความถี่สูงอื่นๆเป็นต้น   

 1.เตาไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนําเป็นเตาไฟฟ้าที่ไม่มีลวดความร้อนแต่ใช้การเหนี่ยวนําของขดลวดด้วยความถี่สูงทําให้เกิดความร้อนขึ้นใช้ในการหุงต้มกับได้ดีแต่ใช้กําลังไฟฟ้าในการให้ความร้อนน้อยกว่าเตาแบบลวดความร้อนอย่างมากวงจรเตาไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนําแสดงในรูป

จากวงจร 1) คือหม้อแปลงลดแรงดันและวงจรกรองสัญญาณรบกวน 2) คือวงจรเรียงกระแสทําหน้าที่แปลงไฟสลับเป็นไฟตรง 3) คือขดลวดเหนี่ยวนําเพื่อให้เกิดความร้อนที่ภาชนะหุงต้ม  4) คือ IGBT    5) คือวงจรควบคุมการสวิตช์ของ IGBT และ   6) คือแหล่งจ่ายไฟฟ้าสําหรับวงจรควบคุม

 

ตัวอย่างวงจรกำลัง (Power Circuit) ของอินเวอร์เตอร์ ที่ใช้ IGBT เป็นสวิตซ์ควบคุมการทำงานแบบ PMW

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)