MOSFET'ler ve bipolar bağlantı transistörleri (BJT'ler) en yaygın elektronik güç anahtarlama cihazları arasındadır. Bununla birlikte, her iki bileşenin de sınırlamaları vardır - özellikle yüksek akım uygulamalarında kullanıldığında. IGBT'ler, hem BJT hem de MOSFET'in faydalarını ve özelliklerini birleştiren alternatif bir cihaz türüdür.
Ama bir IGBT nedir ve nasıl çalışırlar? Bu kılavuzda, uygulamalarını, türlerini ve diğer cihazlardan nasıl farklı olduklarını kapsayan yalıtımlı kapılı bipolar transistörleri keşfedeceğiz.
Yalıtılmış kapılı bipolar transistör (IGBT), hem MOSFET'lerin hem de bipolar transistörlerin özelliklerini temel olarak birleştiren bir tür ayrık yarı iletkendir . Bu güç modülleri, güç MOSFET'lerinin yüksek hızlı anahtarlama performansının yanı sıra bipolar transistörlerin yüksek voltaj ve akım işleme yeteneklerini içerir. Başka bir deyişle, IGBT'ler, çok düşük kapı akımı sürücüsü ile büyük toplayıcı-yayıcı akımlarını işleyebilir.
IGBT modüllerinin üç terminali vardır ve metal oksit-yarı iletken kapı yapısı tarafından kontrol edilen dört alternatif katmandan oluşur. Ayrıca tek yönlüdürler, yani akımı yalnızca ileri yönde değiştirebilirler. Bu, çift yönlü akım anahtarlama kapasitesine sahip MOSFET'lerden farklıdır.
Bu modüller hem BJT'lerin hem de MOSFET'lerin faydalarını birleştirdiğinden, genellikle güç kaynağı ve motor kontrol devrelerinde kullanılırlar. Taleplerin tek başına güç MOSFET'leri ve transistörler tarafından karşılanamadığı güç elektroniği uygulamalarında sıklıkla bulunurlar.
Benzer şekilde, IGBT modülleri de tipik olarak elektronik anahtarlama cihazları olarak kullanılır. Bunun nedeni, hızlı anahtarlamayı yüksek verimlilikle birleştirerek onları bu görev için ideal hale getirmeleridir. Statik kontrollü bir anahtar olarak kullanıldığında, IGBT'ler bipolar transistörünkilere benzer akım ve voltaj derecelerine sahiptir. Bununla birlikte, izole edilmiş kapının varlığı, çok daha az tahrik gücü gerektiği için onlara avantaj sağlar.
Standart IGBT uygulamaları yüksek voltajlı ve orta hızdadır. Şunları içerebilirler:
Adından da anlaşılacağı gibi, yalıtımlı kapılı bipolar transistörler, hem MOSFET'lerin hem de bipolar bağlantı transistörlerinin teknolojisini birleştirir.
Adın ilk kısmı, bir MOSFET gibi yalıtılmış kapıya atıfta bulunurken, ikinci kısım, standart bir bipolar transistörün çıkış performans özelliklerine atıfta bulunur. Bu, transistörlerin iletim özelliklerini ve çıkış anahtarlamalarını korurken IGBT cihazlarının MOSFET'ler gibi voltaj kontrollü olduğunu göstermektedir. Özetle, IGBT'ler, BJT'lerden daha fazla güç kazancı ve MOSFET'ten daha düşük giriş kayıplarıyla daha yüksek voltaj çalışması sunar. PNP transistör çıkışını, yalıtılmış geçit N-kanal MOSFET çıkışıyla birleştirirler.
IGBT'ler, üç terminalli transkondüktans modülleridir. Bu terminaller emitör, toplayıcı ve kapıdır. İkincisi, ilk ikisi akıma ve iletkenlik yoluna bağlıyken cihazı kontrol eder.
Güç BJT'sinde olduğu gibi, amplifikasyon miktarı giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki oran ile belirlenir. Bununla birlikte, kapı bir IGBT'de akım taşıyan kanaldan izole edildiğinden, giriş akımı yoktur. Bu nedenle, temel akım bir MOSFET tarafından sağlanır.
IGBT modülleri, birbirine yapıştırılmış dört kat yarı iletkenden oluşur. Bunlar:
IGBT transistörleri iki şekilde sınıflandırılabilir. Bu, yukarıda açıklandığı gibi, P katmanının içinde bulunan yarı iletken katmanlarından biri olan N+ tampon katmanına dayanmaktadır. Bu katmana sahip olan cihazlar, delinmiş IGBT'ler olarak bilinirken, olmayanlara delinmemiş IGBT'ler denir.
Bu özelliklere dayalı olarak simetrik ve simetrik olmayan IGBT'ler olarak da adlandırılabilirler. Simetrik cihazlar eşit ileri ve geri arıza voltajına sahipken, simetrik olmayan cihazlar ileri arıza voltajından daha düşük ters arıza voltajına sahiptir. Bu nedenle simetrik olmayan IGBT'ler genellikle DC devrelerinde kullanılır, çünkü voltajı ters yönde desteklemek için bir gereklilik yoktur.
Belirli üreticiye bağlı olarak çeşitli paket IGBT'ler mevcuttur. Bu aynı zamanda montaj tipine de bağlı olacaktır - örneğin, açık delik, panel montajı veya yüzeye montaj.
Hibrit konfigürasyonları nedeniyle, diğer tip güç transistörlerine göre IGBT modüllerini kullanmanın birçok avantajı vardır. Avantajlar şunları içerir:
MOSFET'ler ve IGBT'ler benzer bileşenler olsa da, her iki transistör de önemli farklılıklara sahiptir. IGBT'ler ve MOSFET'ler arasındaki temel farklılıklardan birkaçı aşağıda özetlenmiştir.
IGBT güç modülleri, yüksek gerilim altında çalışacak şekilde özel olarak üretildikleri için yüksek gerilim uygulamaları için tercih edilir. Bunu bağlam içine koymak için, IGBT'ler 1400V civarında tipik bir voltaj derecesine sahipken, MOSFET'ler 600V civarında çok daha düşük derecelidir.
İki cihaz tipi de benzer yapılarına rağmen farklı terminallere sahiptir ve bir IGBT'nin (yayıcı, toplayıcı, geçit) üç terminali bir MOSFET'inkinden (kaynak, tahliye, geçit) farklıdır.
Bu tabloda iki cihaz türü arasında bir karşılaştırma görebilirsiniz:
| Karakteristik | IGBT | Güç MOSFET |
| Güncel Beğeni | Yüksek | Düşük |
| Voltaj ölçümü | Çok yüksek | Yüksek |
| Anahtarlama Hızı | Orta | Hızlı |
| Giriş Empedansı | Yüksek | Yüksek |
| Çıkış empedansı | Düşük | Orta |
IGBT transistörleri, kapı terminali etkinleştirilerek veya devre dışı bırakılarak açılabilir veya kapatılabilir. Açık durumdayken, kapı boyunca vericiye cihazı açık tutması için sinyal gönderen pozitif bir giriş voltajı uygulanmalıdır. Bu cihazlar voltaj kontrollü olduğundan, IGBT modülü üzerinden iletimi sürdürmek için geçitte yalnızca küçük bir voltaj gereklidir. Kapalı durumda, giriş kapısının sıfır veya negatif sinyal alacak şekilde değiştirilmesi, cihazın kapanmasını tetikleyecektir.
IGBT testi, cihazın ve diyotların iyi durumda olduğundan emin olmak için önemlidir. Test, kapı terminallerinin uygun şekilde yalıtılıp yalıtılmadığını da belirleyebilir.
IGBT modülleri bir multimetre ile kolayca test edilebilir, ancak daha kapsamlı devre teşhisi gerekiyorsa, her zaman bir uzmana danışmanız önerilir. Ayrıca, bu modüllerin ESD'ye karşı oldukça hassas olabileceğini ve bu nedenle IGBT transistörleri kullanırken her zaman anti-statik koruyucu ekipman kullanılması gerektiğini unutmayın.