IGBT

Insulated-gate bipolar transistor

ترانزیستور دو قطبی با درگاه عایق‌ شده یا IGBT (کوتاه شده عبارت انگلیسی Insulated gate bipolar transistor) جزو نیمه هادی قدرت بوده و در درجه اول به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می شود که در دستگاه های جدید برای بازده بالا و سوئیچینگ سریع استفاده میشود.

این سوئیچ برق در بسیاری از لوازم مدرن از جمله اینورتر های فرکانس متغیر خودروهای برقی، قطار، یخچال ها، تردمیل، دستگاه های تهویه مطبوع و حتی سیستم های استریو و تقویت کننده هااستفاده میشود.

همچنین در ساخت انواع اینورترها ، ترانسهای جوش و UPS کاربرد دارد.

در فرکانسهای بالای کلیدزنی از یک ترانزیستور جهت کنترل سطح ولتاژ DC استفاده میشود.

با بالا رفتن فرکانس ترانزیستور دیگر خطی عمل نمی‌کند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید میکند.

به همین سبب در فرکانس کلیدزنی بالا از المان کم مصرف power MOSFET استفاده میشود. اما با بالا رفتن قدرت،تلفات آن نیز زیاد میشود.

المان جدیدی به بازار آمده است که تمامی مزایای 2قطعه فوق را دارد و دیگر معایب BJT و POWER MOSFET را ندارد.

این قطعه جدید IGBT آی‌جی‌بی‌تی نام دارد.در طی سالهای اخیر بدلیل ارزانی و مزایای این قطعه از آن استفاده زیادی شده است.

IGBT  آی‌جی‌بی‌تی (ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده) یک نیمه هادی جدید و کاملاً صنعتی است که از ترکیب 2 نوع ترانزیستور BJT و MOSFET ساخته شده است.

به طوریکه از دید ورودی شما یک MOSFET را می بینید و از نظر خروجی یک BJT. BJT ها و MOSFET ها دارای خصوصیاتی هستند که از نقطه نظرهایی یکدیگر را تکمیل میکنند.

BJT ها در حالت روشن (وصل) دارای تلفات هدایتی کمتری هستند درحالیکه زمان سوئیچینگ آنها به خصوص در زمان خاموش شدن طولانی تر است.

MOSFET ها قادرند که به مراتب سریعتر قطع و وصل کنند بنابراین تلفات هدایت آنها بیشتر است.

IGBT یک ترانزیستوری است که مزایای BJT و MOSFET را باهم دارد مثل:

امپدانس ورودی بالا مثل MOSFET
افت ولتاژ و تلفات کم مانند BJT
نظیر BJT دارای ولتاژ حالت روشن (وصل) کوچکی است.
اسامی پایه ها هم از روی همان اسامی قبلی انتخاب شده G از MOSFET و C,E از ترانزیستورهای BJT

در نتیجه با این ترکیب ساده شما المانی را استفاده میکنید که دارای امپدانس بالای گیت و قابلیت تحمل ولتاژ بالا است.

سرعت سوییچ کردن این نوع دارای محدودیت بوده به طور نمونه 1KHz تا 50KHz که در کل بین دو نوع BJT و MOSFET قرار میگیرد.

به خاطر امپدانس ورودی بسیار بالایی که دارد بسیار حساس می باشد.

بیشتر در کوره های القایی برای تقویت دامنه ولتاژ استفاده میشود.

در کل مورد استفاده این نوع ترانزیستورها بیشتر برای راه اندازی المانهای توان بالا می باشد.

مهمترین و تقریباً تنها کارایی IGBT آی‌جی‌بی‌تی سوییچینگ جریانهای بالا میباشد.

نحوه تست IGBT آی‌جی‌بی‌تی

تست igbt

اکثر تولید کنندگان دستگاه های IGBT را 100 ٪ قبل از حمل و نقل تست می کنند.

ما به طور کلی انجام تست مجدد توسط مشتری به دلیل پتانسیل آسیب رساندن به دستگاه را توصیه نمیکنیم.

اگر لازم است برای ارزیابی ویژگی های الکتریکی IGBT آی‌جی‌بی‌تی از آزمون های زیر می تواند استفاده کند :

شرایط عمومی

همیشه استفاده از روشهای استاتیک (ESD) و استفاده از جایگزین فوم امیتر گیت رسانا بعد از تست باعث  ایمنیه.

هرگز به امیترولتاژ بیشتر از IGBT VCES اعمال نشود هرگز ولتاژ اعمالی گیت به امیتر بیشتر از متیاز VGES IGBT نباشد.

هنگام استفاده از یک ردیاب منحنی ، برای هر آزمون رمپ ولتاژ بالا و پایین می شود.

هرگز ولتاژ بیشتر از V 20 به کلکتور امیتر با ترمینال گیت باز اعمال نشود.

جلوگیری از شوک حرارتی. هرگز دستگاه سرد را قبل از گرم شدن  در hotplate نگذارید.

درجه حرارت نباید بیش از 10 درجه سانتی گراد/ افزایش یابد.

روش آزمون مولتی متر دیجیتال (DMM):

تجهیزات مورد نیاز: DMM با حالت چک دیود و ولتاژ باتری کمتر از V 20.

(واحد نمونه با استفاده از باتری V 9 خوب هستند)

 تست اتصال کلکتور امیتر:

1. ماژول را از مدار خارج کرده و حذف فوم رسانا و اتصال کوتاه کردن گیت به امیتر است.

2. وقتی مولتی متر روی حالت  دیود است، کلکتور به امیتر باید یک دیود معمولی را نشان بدهد وقتی مثبت روی امیتر و منفی بر روی کلکتور است.

3. DMM باید نشان بدهد باز یا نامتناهی وقتی مثبت بر روی کلکتور و منفی بر روی امیتر است.

IGBT آی‌جی‌بی‌تی های آسیب دیده ممکن است اتصال کوتاه در هر دو جهت مثبت و منفی ، مدار باز در هر دو جهت ، یا مقاومتی در هر دو جهت نشان دهند.

آزمون اکسید گیت :

با DMM در حالت مقاومت، در یک  قطعه سالم مقاومت از گیت به کلکتور و گیت به امیتر باید بی نهایت باشد.

در یک قطعه آسیب دیده ممکن است اتصال کوتاه و یا نشت مقاومتی از گیت به کلکتور و یا از گیت به امیتر داشته باشیم.

اندازه گیری VCE(sat) with IC=IC(rated), Tj=25C, VGE=15V
اندازه گیری VF (free wheel diode) with IE = IE(rated), Tj=25C, VGE=0 (shorted)
اندازه گیری ICES with VCE=VCES , Tj=25C, VGE=0 (shorted)
اندازه گیری VGE(th) with VCE=10V , IC=IC(rated)/10,000