Trong những linh kiện bán dẫn có công suất lớn ứng dụng trong điện tử và công nghiệp, IGBT được nhắc đến rất nhiều. Với khả năng kết hợp ưu điểm của MOSFET và Transistor, IGBT mang đến hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và tính linh hoạt vượt trội. Trong bài viết này, Vina Goodtech sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về IGBT là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như những ưu, nhược điểm và ứng dụng thực tế của IGBT.
IGBT là gì?
IGBT, viết tắt từ Insulated Gate Bipolar Transistor, là một loại transistor bán dẫn công suất 3 cực với cực điều khiển được cách ly. Linh kiện này kết hợp giữa khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor truyền thống, đồng thời được điều khiển bằng điện áp, giúp giảm thiểu công suất tiêu tốn.
So với Thyristor, IGBT nổi bật với khả năng đóng cắt linh hoạt, chỉ cần đặt điện áp điều khiển lên hai cực G và E. Điện áp đầu ra của IGBT tương tự với điện áp điều khiển, giúp kiểm soát dễ dàng hơn. IGBT thường xuất hiện trong các mạch biến tần, bộ băm xung áp một chiều và nhiều thiết bị công suất khác. Nhờ ưu điểm vượt trội, IGBT hiện được ứng dụng rộng rãi trong máy hàn điện tử, biến tần và các hệ thống Servo Drive.
IGBT có cấu tạo và hoạt động như thế nào?
Để hiểu rõ hơn TGBT là gì chắc chắn thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động là điều không thể bỏ qua. IGBT có cấu tạo gồm 3 cực chính:
- Cực E (Emitter): Cực phát.
- Cực C (Collector): Cực thu.
- Cực G (Gate): Cực điều khiển.
Nguyên lý hoạt động của IGBT dựa trên việc điều chỉnh điện áp tại cực G. Khi một điện áp phù hợp được đặt vào cực G, dòng điện sẽ được dẫn từ cực E đến cực C, giúp mạch đóng và cho phép dòng điện lưu thông. Ngược lại, khi điện áp tại cực G bị loại bỏ, mạch sẽ ngắt và dòng điện không thể tiếp tục di chuyển. Về cấu trúc, IGBT tương tự MOSFET nhưng có thêm lớp bán dẫn nối với Collector, tạo thành cấu trúc “p-n-p” giữa Emitter và Collector, khác với cấu trúc “n-n” của MOSFET.
Do đó, IGBT có thể được xem như một transistor “p-n-p” với dòng base được điều khiển thông qua MOSFET. Khi điện áp điều khiển Uge > 0 được áp dụng, một kênh dẫn được hình thành với các hạt mang điện. Các hạt điện tử di chuyển qua lớp tiếp giáp “n-p”, tạo ra dòng Collector tương tự như cách hoạt động của transistor thông thường.
>>> Xem thêm: Sửa máy rửa siêu âm
Những ưu nhược điểm của IGBT
Sau khi hiểu rõ khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IGBT là gì, hãy cùng tìm hiểu về những ưu và nhược điểm của linh kiện này.
Ưu điểm của IGBT
- IGBT có khả năng đóng cắt nhanh và phù hợp với nhiều loại sò công suất, là lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị điện tử và ngành công nghiệp điện.
- Khả năng chịu áp lực cao hơn MOSFET, thường từ 600V đến 1.5kV, với độ sụt áp thấp, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động.
- Giúp tiết kiệm năng lượng, đồng thời thiết bị sử dụng IGBT vận hành ổn định, nhỏ gọn, dễ sử dụng và có giá trị ứng dụng cao.
- Các IGBT lớn có thể tích hợp thiết bị song song, xử lý dòng điện lên đến hàng trăm ampe với điện áp chặn 6500V, đáp ứng nhu cầu tải cao đến hàng trăm kilowatt, đánh dấu bước tiến trong công nghệ điện tử.
Nhược điểm của IGBT
- Điện áp thuận giữa cực C và E của IGBT thấp hơn so với MOSFET, khiến nó không phù hợp với các thiết bị tần số cao trên 400V, nơi MOSFET được sử dụng thay thế.
- Ở tần số cao, IGBT dễ bị sụt áp và gây hỏng hóc thiết bị.
- Giá thành IGBT khá cao, làm tăng chi phí của các sản phẩm sử dụng linh kiện này.
>>> Xem thêm:
IGBT được ứng dụng như thế nào?
IGBT được ứng dụng phổ biến trong cả ngành điện công nghiệp và điện dân dụng nhờ khả năng đóng cắt linh hoạt và hiệu suất cao.
Trong điện công nghiệp
IGBT được sử dụng trong các bộ biến tần, máy hàn công nghiệp và thiết bị điện khác. Với khả năng tạo xung PWM để điều khiển điện áp và giảm sóng hài, IGBT giúp tối ưu hóa hoạt động của các hệ thống công suất lớn. Đặc biệt, trong máy hàn công nghiệp, IGBT góp phần tạo ra các mối hàn chất lượng, bền đẹp và dễ thao tác hơn.
Trong điện dân dụng
IGBT thường tích hợp trong bếp điện từ, đảm nhận vai trò chuyển mạch điện. Nhờ IGBT, bếp từ hoạt động ổn định hơn, tiết kiệm năng lượng và thiết kế nhỏ gọn hơn. Linh kiện này giúp việc điều khiển bếp dễ dàng, mang lại hiệu quả sử dụng cao và an toàn cho người dùng.
Với những thông tin trên, Vina Goodtech tin rằng bạn đã phần nào hiểu rõ IGBT là gì và tầm quan trọng của nó trong ngành công nghiệp điện và điện tử. Nhờ hiệu quả vượt trội trong đóng cắt, khả năng chịu tải cao và tiết kiệm năng lượng, IGBT là giải pháp tối ưu cho nhiều ứng dụng công suất lớn. Nếu bạn muốn áp dụng công nghệ này vào các dự án, hãy cân nhắc kỹ để tận dụng hết tiềm năng mà IGBT mang lại.
