ما هو الترانزستور IGBT؟

لقد سمع كل شخص حديث تقريبًا على الأقل أن الترانزستورات تستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية والكهربائية. يعرف الخبراء في مجال الإلكترونيات أن الترانزستورات تنقسم إلى ثنائي القطب ومجال. الفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن الترانزستورات ثنائية القطب مدفوعة بتيار يتم توفيرها إلى قاعدتها ، في حين يتم تزويد الحقول الميدانية بالجهد ، ويتم تطبيق إمكاناتها على بوابة هذه عناصر.

هناك أيضًا نوع آخر من الترانزستور تم تطويره في أواخر السبعينيات. القرن الماضي ويسمى IGBT. يجمع جهاز أشباه الموصلات هذا بين الخصائص الرئيسية للترانزستور ثنائي القطب والترانزستور ذو التأثير الميداني: فهو مشابه في هيكله لجهاز ثنائي القطب ، ولكن يتم التحكم في الجهد. تتحقق هذه الخاصية المثيرة للاهتمام بسبب حقيقة أن البوابة كقطب تحكم كهربائي معزول.

هيكل IGBT

من وجهة نظر هيكلها الداخلي ، فإن IGBT مصنوع كهيكل مركب وهو مزيج من ترانزستور تأثير المجال وترانزستور ثنائي القطب. يتولى الجزء ثنائي القطب من الهيكل وظائف الطاقة ، بينما ينفذ عنصر الحقل وظائف التحكم. تم استعارة اسمي قطبين من العنصر ثنائي القطب: المجمع والباعث ، وفي الحقل - يسمى قطب التحكم البوابة.

كلتا الكتلتين الرئيسيتين للهيكل يشكلان كلاً منفردًا ومترابطان كما هو موضح في الشكل 1. ويترتب على ذلك أن ترانزستور IGBT يمكن اعتباره تطورًا لدائرة دارلينجتون المعروفة ، والتي يتم تنفيذها من ترانزستورين ثنائي القطب.

فوائد

يسمح مخطط التفاعل بين الكتل الرئيسية المستخدمة في عناصر IGBT بإزالة أحد العيوب الرئيسية للترانزستور القوي ثنائي القطب: مكسب صغير نسبيًا في تيار. وبالتالي ، عند إنشاء العناصر الرئيسية ، يتم تقليل الطاقة المطلوبة لدوائر التحكم بشكل كبير.

إن استخدام ترانزستور IGBT كجزء من القوة في الهيكل ثنائي القطب يلغي تأثير التشبع ، مما يزيد بشكل ملحوظ من سرعة استجابته. في الوقت نفسه ، يزداد الحد الأقصى لجهد التشغيل ويقل فقد الطاقة في الحالة. تقوم العناصر الأكثر تقدمًا من هذا النوع بتبديل التيارات بمئات الأمبيرات ، ويصل جهد التشغيل إلى عدة آلاف من الفولتات عند ترددات تشغيل تصل إلى عدة عشرات من كيلو هرتز.

تصميم ونطاق الترانزستور IGBT

في تصميمه ، على النحو التالي من الشكل 2 ، يتميز ترانزستور IGBT بتصميم ودعامات تقليدية التثبيت المباشر على المبرد ، ولا يتطلب أيضًا تغييرات في تصميم وتركيب دوائر الطاقة إلكترونيات.

وغني عن القول أنه يمكن دمج IGBTs في وحدات. يظهر مثال على واحد منهم في الشكل 3.

مجالات التركيز لتطبيقات IGBT هي:

• مصادر نوع النبض من مصدر الطاقة مع التيار المباشر ؛
• أنظمة التحكم في القيادة الكهربائية ؛
• مصادر تيار اللحام.

إلى جانب مصادر الطاقة التقليدية وغير المنقطعة للمعدات المختلفة ، تعتبر ترانزستورات IGBT جذابة للنقل الكهربائي ، لأن تسمح بالتحكم عالي الدقة في جهد الجر والقضاء على الهزات المعتادة للأنظمة التي يتم التحكم فيها ميكانيكيًا عندما حركة.