IGBT biến tần viết tắt của Insulated Gate Bipolar Transistor, là một linh kiện điện tử quan trọng. Nó có cấu trúc phức tạp, hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như chuyển đổi điện. IGBT thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp và điện tử. Để hiểu rõ hơn về IGBT và ưu điểm nổi bật của sản phẩm, hãy cùng NPV theo dõi bài viết dưới đây.
IGBT biến tần là gì?
IGBT biến tần là loại linh kiện bán dẫn và cũng là một thiết bị chuyển mạch bán dẫn tuyệt vời với ba cực thể được sử dụng để thực hiện các chuyển đổi mạch nhanh chóng trong nhiều thiết bị điện hiện đại.
IGBT ra đời vào năm 1982, được phát minh bởi Hans W. Beck và Carl F. Wheatley. IGBT tổng hợp tính năng đóng cắt nhanh của MOSFET cùng khả năng chịu tải mạnh mẽ của transistor thông thường. Đặc biệt, IGBT có khả năng điều khiển qua điện áp, làm cho công suất điều khiển yêu cầu rất nhỏ.
Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của IGBT
Nguyên lý hoạt động và cấu tạo chi tiết của IGBT biến tần cụ thể như sau:
Cấu tạo của IGBT biến tần
IGBT được cấu tạo với 3 cực nằm giữa 3 lớp kim loại khác nhau. Lớp kim loại ở cực cổng G được cách điện với các chất bán dẫn bằng một lớp silicone dioxide (SIO2).
Cấu trúc của IGBT bao gồm 4 lớp bán dẫn xếp chồng lên nhau. Lớp gần cực C là lớp p+, ở trên nó là lớp n-, gần cực E hơn là lớp p khác với các lớp n+ ở bên trong. Khu vực tiếp giáp giữa lớp p+ lớp n được gọi là phần tiếp giáp J2, trong khi khu vực tiếp giáp giữa lớp n và lớp p được gọi là phần tiếp giáp J1.
Nguyên lý hoạt động của IGBT biến tần
Nguyên tắc hoạt động của IGBT biến tần ban đầu, khi không có điện áp được áp dụng tới chân G, IGBT sẽ ở trạng thái không dẫn điện. Tuy nhiên, khi chúng ta tăng điện áp đến chân G, do hiệu ứng điện dung trên lớp SiO2, các ion âm tụ tích phía trên lớp và ion dương sẽ tụ tích phía dưới của SiO2.
Điều này dẫn đến áp lực ép hạt mang điện tích âm vào vùng p. Điện áp đặt vào VG càng cao, áp lực này càng lớn tạo điều kiện cho kênh dẫn hình thành ở điểm nối J2, cho phép dòng điện chuyển từ cực C tới cực E.
Ưu điểm của IGBT biến tần
Khi bạn đã nắm vững về IGBT bao gồm cấu trúc và nguyên tắc hoạt động, hãy cùng NPV khám phá ưu/nhược điểm của loại linh kiện này. Mặc dù IGBT có khả năng đóng cắt, chuyển đổi, điều khiển một cách nhanh chóng, nhưng nó vẫn mang trong mình cả những điểm mạnh và điểm yếu như:
Về các ưu điểm của IGBT biến tần:
- IGBT có khả năng đóng cắt nhanh chóng, được sử dụng trong nhiều loại sò công suất khác nhau. Điều này biến chúng thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng điện tử, trong ngành điện công nghiệp.
- So với MOSFET, IGBT có khả năng chịu áp lực lớn hơn, thường từ 600V đến 1.5kV với độ chịu tải và sụt áp thấp.
- IGBT giúp tiết kiệm điện năng, cho phép các thiết bị hoạt động ổn định. Chúng có thiết kế gọn nhẹ, dễ sử dụng mang lại giá trị sử dụng cao hơn.
- IGBT lớn có khả năng xử lý dòng điện lớn, thậm chí hàng trăm ampe với điện áp chặn lên đến 6500V. Những IGBT này có thể điều khiển tải với công suất hàng trăm kilowatt, đánh dấu bước tiến mới trong công nghệ IGBT.
Về nhược điểm:
- IGBT có tần số hoạt động thấp hơn so với MOSFET do cấu trúc n-p-n của nó. Thường các thiết bị hoạt động ở tần số cao áp từ 400V trở lên sẽ không sử dụng IGBT, thay thế bằng MOSFET.
- IGBT có thể dễ dàng bị sụt áp khi hoạt động ở tần số cao, dẫn đến nguy cơ phá hủy các thiết bị. Bên cạnh đó, chi phí của IGBT cũng cao, làm tăng giá thành của các sản phẩm điện tử sử dụng nó.
Cách đo và kiểm tra IGBT biến tần
Để kiểm tra và đánh giá IGBT, thường dùng phương pháp sử dụng đồng hồ vạn năng. Biện pháp này có ưu điểm nhanh chóng, hiệu quả, mang lại độ chính xác cao.
Nếu bạn mới mua IGBT hoặc đã tháo nó ra khỏi thiết bị mà không biết cách kiểm tra IGBT, cần tuân theo các hướng dẫn sau đây:
- Trước hết, đảm bảo an toàn điện để tránh làm hỏng thiết bị của bạn.
- Không để điện áp của hai chân Gate và Emittor lớn hơn điện áp danh định của IGBT.
- Nếu chân Gate bị hở, hãy chắc chắn nguồn điện áp giữa chân Collector cùng Emittor nhỏ hơn 20V.
- Đặt đồng hồ vạn năng vào chế độ kiểm tra diode, sử dụng nguồn điện áp 9V.
Để kiểm tra IGBT biến tần, bạn có thể thực hiện các bước sau:
- Tháo IGBT ra khỏi thiết bị của bạn.
- Nối tắt hai chân Gate cùng Emittor, sau đó cấp điện áp khoảng 12V.
- Đặt đầu đo dương đồng hồ vạn năng lên chân Emittor và đầu đo âm lên chân Collector. Kiểm tra xem đồng hồ vạn năng hiển thị điện áp rơi trên diode của IGBT hay không.
- Nếu bạn thay đổi polar của đầu đo hãy kiểm tra lại, nếu kim đồng hồ vạn năng chỉ mở mạch hoặc có trở khá lớn thì IGBT vẫn hoạt động bình thường.
Nếu trong quá trình kiểm tra bạn phát hiện ngắn mạch hay mở mạch cả 2 chiều hoặc có điện trở ở cả 2 chiều, điều đó cho biết IGBT đã bị hỏng. Nếu cả hai chân Emittor, Gate đều có điện trở lớn trong chế độ điện trở, thì IGBT trong biến tần vẫn đang hoạt động bình thường.
Với kiến thức cơ bản về IGBT biến tần đã được trình bày trên đây, bạn đã có thể hiểu hơn về sản phẩm này. Nó có vai trò quan trọng trong sản phẩm bếp điện từ, một thiết bị quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
