IGBT (viết tắt của cụm từ tiếng anh Insulated Gate Bipolar Transistor) là transistor có cực điều khiển cách ly, là loại linh kiện bán dẫn có công suất 3 cực. Công nghệ IGBT là sự kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của Transistor thông thường. Kết quả của sự kết hợp này tạo nên một transistor IGBT với đặc tính chuyển mạch và truyền dẫn đầu ra của transistor lưỡng cực, nhưng được điều khiển bằng điện áp giống MOSFET.
IGBT chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất như biến tần, bộ chuyển đổi và nguồn cung cấp điện. Đây là những ứng dụng mà transistor thông thường và MOSFET không đáp ứng được. Công nghệ IGBT giải quyết được những hạn chế của Transistor lưỡng cực và MOSFET. Transistor thông thường có điện áp và dòng điện cao nhưng tốc độ chuyển mạch chậm. Ngược lại MOSFET có tốc độ chuyển mạch nhanh nhưng để làm ra các thiết bị có dòng điện cao và điện áp cao lại khó khăn và tốn chi phí cao.
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
nhua là nó có thêm lớp nối với Collector. Tạo nên cấu trúc bán dẫn P-N-P giữa Emiter (tương tự với cực gốc) và Collector (tương tụ cực mảng) mà không là N- N như ở MOSFET. Vì thế có thể coi IGBT như Transistor P-N-P với dòng Base được điều khiển bằng một MOSFET.
Dưới tác dụng của áp điều khiển Uge>0, kênh dẫn với những hạt mang điện là những điện tử được hình thành, giống với cấu trúc MOSFET. Các hạt mang điện di chuyển về phía Collector vượt qua lớp tiếp giáp N-P như ở cấu trúc giữa Base, Collector ở Transistor thường và tạo nên dòng Collector.
Ưu điểm và hạn chế của IGBT
Với những tính năng ưu việt kể trên, IGBT kỳ vọng sẽ dần thay thế tất cả những linh kiện bán dẫn khóa khác. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì vẫn tồn tại một số hạn chế được trình bày như sau:
Ưu điểm: Cho phép việc đóng ngắt dễ dàng, chức năng điều khiển nhanh chóng. Chịu được điện áp lớn hơn MOS. Thường là 600V đến 1,5kV. Còn có một số loại được chế tạo đặc biệt hơn để chụi được điện áp lớn hơn nữa. Tải dòng lớn, cỡ xấp xỉ 1kA. Sụt áp bé và điều khiển bằng áp
Hạn chế: Tần số thấp hơn so với MOS. Dẫn tới những ứng dụng cần tần số cao áp 400V thì MOS vẫn được ưu tiên hơn. Nếu IGBT hoạt động ở tần số cao thì sụt áp sẽ lớn hơn. Công suất nhỏ và vừa Giá thành cao hơn so với các linh kiện khác. Kéo theo các thiết bị có sử dụng linh kiện này cũng có giá thành cao.
Ứng dụng của IGBT: Công nghệ IGBT được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực thuộc ngành điện công nghiệp. Cụ thể công nghệ IGBT được sử dụng trong các thiết bị điện công nghiệp, các máy hàn công nghiệp, các mạng điện công nghiệp, bộ biến tần,.. Máy hàn điên tử là một ứng dụng tiên tiến và hiện đại hơn rất nhiểu mà công nghệ IGTBT đem lại. Máy hàn công nghiệp sử dụng công nghệ IGBT tạo ra mối hàn đệp và snags hơn không có xỉ. Tiết kiệm điện năng, dòng điện ổn định hơn, trọng lượng nhẹ và dễ sử dụng.
IGBT hay cách gọi khác là mạch lái IGBT có thể bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được dự trữ trong tụ điện.
Bằng cách sử dụng điều biến độ rọng xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự giống với sóng dạng đồ thị hàm sin được áp dụng trên sóng mang. Ngoài ra trong biến tần IGBT còn có tác dụng làm giảm sóng hài trong các mạng điện công nghiệp.
Không chỉ trong ngành công nghiệp, IGBT còn được ứng dụng rộng rãi trong điện dân dụng khi được tích hợp vào trong những chiếc bếp từ. IGBT là một linh kiện bán dẫn đắc lực trong việc chuyển mạch điện của bếp điện tử. Giúp người tiêu dùng có thể tùy chỉnh mức nhiệ hoặc điều khiển đến chế độ mong muốn. Đây là linh kiện quan trọng số 1 trong bếp từ, nó được gọi là sò công suất IGBT.