IGBT là một thiết bị điện ngày nay được áp dụng rộng rãi trong các ngành điện công nghiệp, đặc biệt là trong các bộ biến tần, máy hàn điện tử và máy cắt bằng plasma. Qua bài viết này chúng ta sẽ thấy được vì sao công nghệ IGBT này lại trở nên phổ biến như vậy.
IGBT là gì?
IGBT được viết tắt từ cụm từ tiếng Anh Insulated Gate Bipolar Transistor, hay còn gọi là Transistor có cực điều khiển cách ly. Đây là một linh kiện bán dẫn công suất 3 cực đóng vai trò như công tắc điện tử trong các thiết bị điện hiện đại.
IGBT là sự kế thừa ưu điểm của cả hai loại transistor MOSFET và BJT, bao gồm:
- Khả năng đóng cắt nhanh chóng của MOSFET
- Khả năng chịu tải lớn của BJT
Điều này mang lại cho IGBT hiệu suất hoạt động cao, tiết kiệm điện năng, kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, độ ồn thấp, ít tỏa nhiệt và tuổi thọ cao.
IGBT là loại van sở hữu công suất đạt mức tuyệt vời. Khác với Thysistor, thiết bị cho phép các bạn thực hiện đóng cắt nhanh chóng bằng cách đặt điện áp điều khiển lên cho hai cực “G” và “E”.
IGBT thường sử dụng trong các mạch chỉnh lưu, nghịch lưu của biến tần hay những bộ băm xung áp một chiều. Driver của IGBT cũng có sẵn ở Việt Nam, tuy nhiên giá cả thì sẽ hơi cao đôi chút. Hiện nay, với những ưu thế nổi trội, IGBT được ứng dụng trong hầu hết ở các thiết bị công nghiệp như: Máy hàn điện tử, các biến tần AC và DC, Servo Drive,…
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IGBT
IGBT có cấu tạo gồm 3 cực:
- Cực E (Emitter): cực phát
- Cực C (Collector): cực thu
- Cực G (Gate): cực điều khiển
Hoạt động của IGBT dựa trên sự điều khiển điện áp ở cực G. Khi áp dụng điện áp thích hợp lên cực G, dòng điện sẽ được dẫn từ cực E (Emiter – tương tự với cực gốc) sang cực C (Collector – tương tự cực máng), đóng mạch và cho phép dòng điện lưu thông. Ngược lại, khi ngắt điện áp ở cực G, dòng điện sẽ bị chặn, ngắt mạch.
Xét về cấu trúc bán dẫn thì IGBT thật sự gần giống với MOSFET, điểm khác nhau ở đây chỉ là nó có thêm lớp nối với Collector tạo nên cấu trúc bán dẫn “p-n-p” giữa Emiter với Collector, mà không phải như là “n-n” ở MOSFET. Vì thế có thể coi thiết bị tương đương với Transistor “p-n-p” với dòng base được điều khiển bằng một MOSFET.
Dưới tác dụng của điện áp điều khiển “Uge>0”, kênh dẫn với những hạt mang điện và hình thành hạt điện tử, giống với cấu trúc MOSFET. Các điện tử di chuyển về phía Collector vượt qua cả lớp tiếp giáp “n-p” như ở cấu trúc giữa base, Collector ở Transistor thường, và tạo nên dòng Collector.
Ưu điểm và nhược điểm của IGBT
Hiện nay, thiết bị điện IGBT được kỳ vọng sẽ là linh kiện điện tử có thể thay thế tất cả các loại khóa còn lại đang có mặt trên thị trường. Có thể nói đây là một sản phẩm với nhiều ưu điểm vượt trội, nhưng song song đó vẫn còn tồn tại các nhược điểm nhất định của thiết bị.
Ưu điểm của IGBT
- Khả năng đóng cắt nhanh chóng: IGBT có tốc độ đóng cắt cao, cho phép điều khiển dòng điện và điện áp một cách chính xác và hiệu quả.
- Điện áp chịu đựng cao: thường là từ 600V cho tới 1.5kV, một số loại lớn hơn thì sẽ có các thông số đặc biệt.
- Dòng điện chịu đựng cao: cỡ xấp xỉ ở mức 1KA. Sụt áp rất bé và điều khiển bằng áp.
- Hiệu suất hoạt động cao: IGBT có tổn hao công suất thấp hơn so với các loại transistor khác như BJT và MOSFET, giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu nhiệt độ trong quá trình hoạt động.
Nhược điểm của IGBT
- Tần số hoạt động thấp: IGBT có tần số hoạt động thấp hơn so với MOSFET, không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tần số cao. Do vậy, với các ứng dụng cần các dòng tần số cao áp như 400V thì MOS vẫn sẽ được ưu tiên hơn. Nếu thiết bị hoạt động ở tần số cao thì tình trạng sụt áp sẽ lớn hơn.
- Công suất ở mức vừa và nhỏ.
- Độ nhạy cảm với điện áp: IGBT nhạy cảm với điện áp quá mức, cần được bảo vệ bằng các mạch bảo vệ phù hợp.
- Giá thành cao hơn đôi chút so với các linh kiện khác như MOSFET.
- Độ phức tạp trong sản xuất: IGBT có quy trình sản xuất phức tạp hơn so với BJT và MOSFET, dẫn đến giá thành cao hơn.
Cách đo và kiểm tra IGBT còn hoạt động không
Hiện nay cách đo và kiểm tra IGBT bằng đồng hồ vạn năng là phương pháp được các kỹ thuật viên áp dụng nhiều nhất. Với ưu điểm đo được nhanh, hiệu quả và độ chính xác cao hơn.
Nếu bạn mới mua IGBT hoặc đã tháo nó ra khỏi thiết bị mà vẫn chưa biết cách đo. Trước hết hãy đảm bảo:
- Đảm bảo an toàn về mặt điện năng để không làm hỏng thiết bị của bạn.
- Điện áp của chân Gate và Emittor tuyệt đối không được lớn hơn điện áp danh định của thiết bị.
- Nếu chân Gate hở, phải đảm bảo giữa chân Collector và Emittor nguồn điện áp nhỏ hơn 20V.
- Sử dụng đồng hồ vạn năng có chế độ kiểm tra diode (Nguồn điện áp 9V) để thực hiện.
Các bước đo và kiểm tra được thực hiện tuần tự như sau:
Bước 1: Xả điện áp
- Đảm bảo IGBT đã được ngắt kết nối khỏi nguồn điện và tụ điện.
- Dùng que đo màu đen của đồng hồ vạn năng chạm vào cực C (Collector) và que đo màu đỏ chạm vào cực E (Emitter) của IGBT.
- Giữ nguyên vị trí que đo trong vài giây để xả hết điện áp còn lưu trữ trong IGBT.
Bước 2: Kiểm tra thông mạch giữa cực C và E
Chuyển đồng hồ vạn năng sang chế độ đo diode. nối tắt hai chân Gate và Emittor và cấp điện áp chỉ ở mức khoảng 12V. Sau đó nối que đo màu đen vào cực C và que đo màu đỏ vào cực E của IGBT.
Quan sát giá trị hiển thị trên đồng hồ vạn năng:
- Nếu IGBT còn hoạt động tốt, giá trị hiển thị sẽ là điện áp rơi (khoảng 0.5V đến 1.5V) khi đo theo chiều thuận (que đỏ ở E, que đen ở C) và vô cùng lớn (hoặc “OL”) khi đo theo chiều nghịch (que đỏ ở C, que đen ở E).
- Nếu IGBT bị hỏng, giá trị hiển thị sẽ là 0V hoặc vô cùng lớn (hoặc “OL”) cho cả hai chiều đo.
Bước 3: Kiểm tra thông mạch giữa cực G và E
Nối que đo màu đen vào cực E và que đo màu đỏ vào cực G của IGBT.
Quan sát giá trị hiển thị trên đồng hồ vạn năng:
- Nếu IGBT còn hoạt động tốt, giá trị hiển thị sẽ là vô cùng lớn (hoặc “OL”).
- Nếu IGBT bị hỏng, giá trị hiển thị sẽ là 0V hoặc điện áp rơi (khoảng 0.5V đến 1.5V).
Bước 4: Kiểm tra rò rỉ dòng điện
Chuyển đồng hồ vạn năng sang chế độ đo dòng điện một chiều (DC). Nối que đo màu đen vào cực C và que đo màu đỏ vào cực E của IGBT.
Quan sát giá trị hiển thị trên đồng hồ vạn năng:
- Nếu IGBT còn hoạt động tốt, giá trị hiển thị sẽ là 0A.
- Nếu IGBT bị hỏng, giá trị hiển thị sẽ có giá trị khác 0A, cho thấy dòng điện đang rò rỉ qua IGBT.
Khi kiểm tra chân Gate Oxide bằng đồng hồ vạn năng trong chế độ điện trở mà điện trở của cả hai chân của Emittor và Gate đều lớn thì có nghĩa là IGBT vẫn hoạt động ở trạng thái bình thường.
Ứng dụng của IGBT
Công nghệ IGBT được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực và trong đó có ngành điện công nghiệp, cụ thể việc sử dụng thiết bị trong các máy hàn công nghiệp, thiết bị điện công nghiệp, các lưới mạng điện công nghiệp, bộ biến tần,…
VD: Máy hàn sử dụng công nghệ Insulated-Gate Bipolar Transistor mang lại các mối hàn đẹp, sáng hơn và không có hiện tưởng xỉ, tiết kiệm điện năng, dòng được ổn định, cùng với đó là trọng lượng nhẹ giúp dễ sử dụng hơn.
Thiết bị có thể được bật/tắt theo trình tự đã được sắp xếp để tạo biên độ xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn 1 chiều được dự trữ trong tủ điện công nghiệp hoặc các tỉnh khác khi được đặt ở nhà xưởng, xí nghiệp. Ngoài ra với IGBT còn có tác dụng làm giảm sóng hài trong các mạng điện công nghiệp.
Không chỉ là trong công nghiệp, với thiết bị này còn đáp ứng được trong điện dân dụng khi được tích hợp vào những chiếc bếp từ. Transistor này là công cụ đắc lực trong việc chuyển mạch điện của các dòng bếp điện từ, giúp người tiêu dùng có thể thực hiện điều khiển nhanh chóng. Đây là linh kiện quan trọng số 1 trong sản phẩm bếp từ, nó được gọi với các tên là sò công suất IGBT.
Trên đây là những thông tin về loại linh kiện điện tử IGBT mà Nam Phương Việt đã tổng hợp chia sẻ đến Quý Khách Hàng – Quý Đối Tác. Nếu có những thắc mắc hãy để lại thông tin dưới phần bình luận hoặc liên hệ Hotline 0903 803 645 để được hỗ trợ tư vấn nhanh nhất.
