IGBT adalah Insulated Gate Bipolar Transistor

IGBT adalah kependekan dari Insulated Gate Bipolar Transistor, kombinasi dari Bipolar Junction Transistor (BJT) dan Metal oxide Field effect transistor (MOS-FET). Ini adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk mengalihkan aplikasi terkait.

Karena IGBT adalah kombinasi MOSFET dan Transistor, IGBT memiliki kelebihan dari kedua transistor dan MOSFET. MOSFET memiliki keunggulan kecepatan switching tinggi dengan impedansi tinggi dan di sisi lain BJT memiliki keunggulan gain tinggi dan tegangan saturasi rendah, keduanya terdapat pada transistor IGBT. IGBT adalah semikonduktor terkontrol tegangan yang memungkinkan arus emitor kolektor besar dengan penggerak arus gerbang hampir nol.

Seperti yang telah dibahas, IGBT memiliki kelebihan dari MOSFET dan BJT, IGBT memiliki gerbang berinsulasi yang sama seperti MOSFET pada umumnya dan karakteristik transfer keluaran yang sama. Meskipun, BJT adalah perangkat yang dikontrol arus tetapi untuk IGBT, kontrolnya bergantung pada MOSFET, sehingga ini adalah perangkat yang dikontrol tegangan, setara dengan MOSFET standar.

Rangkaian dan Simbol IGBT

Pada gambar di atas, Rangkaian ekivalen IGBT ditampilkan. Ini adalah struktur Rangkaian yang sama yang digunakan pada Transistor Darlington di mana dua transistor dihubungkan dengan cara yang persis sama. Seperti yang dapat kita lihat pada gambar di atas, IGBT menggabungkan dua perangkat, transistor N channel MOSFET dan PNP.

MOSFET saluran N menggerakkan transistor PNP. Pin out BJT standar termasuk Collector, Emitter, Base dan pin out MOSFET standar termasuk Gate, Drain dan Source. Tetapi dalam kasus Pin transistor IGBT, itu adalah Gerbang, yang berasal dari MOSFET saluran-N dan Kolektor dan Emitor berasal dari transistor PNP.

Dalam transistor PNP, kolektor dan Emitor adalah jalur konduksi dan ketika IGBT dihidupkan, itu dilakukan dan membawa arus melaluinya. Jalur ini dikendalikan oleh saluran N MOSFET.

Dalam kasus BJT, kami menghitung penguatan yang dilambangkan sebagai Beta (), dengan membagi arus keluaran dengan arus masukan.

β = Arus Output / Arus Input

Tapi, seperti yang kita ketahui, MOSFET bukanlah perangkat yang dikendalikan saat ini; Ini adalah perangkat yang dikendalikan tegangan, tidak ada arus input yang melintasi gerbang MOSFET. Jadi, rumus yang sama yang diterapkan untuk menghitung keuntungan BJT, tidak berlaku untuk teknologi MOSFET. Gerbang MOSFET diisolasi dari jalur konduksi arus.

Tegangan gerbang MOSFET mengubah konduksi arus keluaran. Dengan demikian gain adalah rasio perubahan tegangan output dengan perubahan tegangan input. Ini berlaku untuk IGBT. Keuntungan IGBT adalah rasio perubahan arus keluaran dengan perubahan tegangan gerbang masukan.

Karena kemampuan arus tinggi, arus tinggi BJT dikendalikan oleh tegangan gerbang MOSFET.

Pada gambar di atas, simbol IGBT ditampilkan. Seperti yang bisa kita lihat, simbol tersebut mencakup bagian pemancar pengumpul Transistor dan bagian gerbang MOSFET. Ketiga terminal ditampilkan sebagai Gerbang, kolektor dan Emitor.

Ketika dalam melakukan atau mengaktifkan mode 'ON' aliran arus dari kolektor ke emitor. Hal yang sama terjadi pada transistor BJT. Namun dalam kasus IGBT ada Gerbang, bukan pangkalan. Perbedaan antara tegangan Gerbang ke Emitor disebut sebagai Vge dan perbedaan tegangan antara kolektor ke emitor disebut sebagai Vce.

Arus emitor (Ie) hampir sama dengan arus kolektor (Ic), Ie = Ic. Karena aliran arus pada kolektor dan emitor relatif sama, Vce sangat rendah.

Mari kita pelajari lebih lanjut tentang BJT dan MOSFET

Penerapan IGBT:

IGBT terutama digunakan dalam aplikasi yang berhubungan dengan Daya. BJT daya standar memiliki sifat respons yang sangat lambat sedangkan MOSFET cocok untuk aplikasi pengalihan cepat, tetapi MOSFET adalah pilihan yang mahal di mana diperlukan peringkat arus yang lebih tinggi. IGBT cocok untuk mengganti BJT daya dan MOSFET Daya.

Selain itu, IGBT menawarkan resistansi 'ON' yang lebih rendah dibandingkan dengan BJT dan karena properti ini, IGBT menjadi hemat termal dalam aplikasi yang berhubungan dengan daya tinggi.

Aplikasi IGBT sangat luas di bidang elektronik. Karena resistansi rendah, Peringkat arus sangat tinggi, kecepatan switching tinggi, drive gerbang nol, IGBT digunakan dalam kontrol motor daya tinggi, Inverter, catu daya mode aktif dengan area konversi frekuensi tinggi.

Pada gambar di atas, aplikasi pengalihan dasar ditampilkan menggunakan IGBT. RL, adalah beban resistif yang terhubung ke emitor IGBT ke ground. Perbedaan tegangan pada beban dilambangkan sebagai VRL. Beban juga bisa bersifat induktif.

Dan di sisi kanan Rangkaian yang berbeda ditampilkan. Beban dihubungkan melintasi kolektor dimana sebagai resistor proteksi arus dihubungkan melintasi emitor. Arus akan mengalir dari kolektor ke emitor dalam kedua kasus.

Dalam kasus BJT, kita perlu mensuplai arus konstan melintasi basis BJT. Tetapi dalam kasus IGBT, sama seperti MOSFET kita perlu memberikan tegangan konstan melintasi gerbang dan saturasi dipertahankan dalam keadaan konstan.

Pada case kiri, perbedaan tegangan, VIN yang merupakan beda potensial dari Input (gate) dengan Ground / VSS, mengontrol arus keluaran yang mengalir dari collector ke emitter. Perbedaan tegangan antara VCC dan GND hampir sama di seluruh beban.

Pada rangkaian sebelah kanan, arus yang mengalir melalui beban tergantung pada tegangan dibagi dengan nilai RS.

IRL2 = VIN / RS

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) dapat dinyalakan 'ON' dan 'OFF' dengan mengaktifkan gerbang. Jika kita membuat gerbang lebih positif dengan menerapkan tegangan melintasi gerbang, pemancar IGBT membuat IGBT dalam keadaan "ON" dan jika kita membuat gerbang negatif atau nol mendorong IGBT akan tetap dalam keadaan "OFF". Ini sama seperti switching BJT dan MOSFET.

Kurva I-V IGBT dan Karakteristik Transfer

Pada gambar di atas, karakteristik I-V ditampilkan tergantung pada tegangan gerbang atau Vge yang berbeda. Sumbu X menunjukkan tegangan emitor kolektor atau Vce dan sumbu Y menunjukkan arus kolektor. Selama keadaan mati arus yang mengalir melalui kolektor dan tegangan gerbang adalah nol.

Ketika kami mengubah Vge atau tegangan gerbang, perangkat masuk ke wilayah aktif. Tegangan stabil dan kontinu melintasi gerbang memberikan aliran arus kontinu dan stabil melalui kolektor. Kenaikan Vge secara proporsional meningkatkan arus kolektor, Vge3> Vge2> Vge3. BV adalah tegangan rusaknya IGBT.

Kurva ini hampir identik dengan kurva transfer I-V BJT, tetapi di sini Vge ditampilkan karena IGBT adalah perangkat yang dikontrol tegangan.

Pada gambar di atas, karakteristik Transfer IGBT ditampilkan. Ini hampir identik dengan P-MOSFET. IGBT akan masuk ke status "ON" setelah Vge lebih besar dari nilai ambang tergantung pada spesifikasi IGBT.

Berikut adalah perbandingan yang akan memberi kita gambaran tentang perbedaan antara IGBT dengan POWER BJT dan Power MOSFET.

Rating Tegangan IGBT Lebih dari 1kV (Sangat Tinggi), Power MOSFET Kurang dari 1kV (Tinggi) , POWER BJT Kurang dari 1kV (Tinggi)
Rating Arus IGBT Lebih dari 500A (Tinggi), Power MOSFET Kurang dari 200A (Tinggi), POWER BJT Kurang dari 500A (Tinggi)
Perangkat Input, IGBT (Tegangan, Vge, Tegangan 4-8V), Power MOSFET (Vgs, Arus 3-10V), Power BJT (hfe, 20-200)
Biaya IGBT Tinggi, Power MOSFET Sedang, Power BJT Rendah

Contoh Rangkaian IGBT