وارونگر IGBT

IGBT یک اختصار از عبارت “Insulated Gate Bipolar Transistor” است که به فارسی به عنوان “ترانزیستور دوقطبی با دروازه ایزوله” ترجمه می‌شود. IGBT یک نوع ترانزیستور قدرتی است که ویژگی‌های ترانزیستورهای دوقطبی (Bipolar) و ترانزیستورهای اثر میدانی (Field-Effect) را ترکیب می‌کند. این ترانزیستور در کاربردهای قدرتی و الکترونیک قدرت بالا استفاده می‌شود و مزایای زیادی دارد.

معمولاً در سیستم‌های توانایی بالا که نیاز به کنترل جریان بزرگ یا ولتاژهای بالا دارند، از IGBT استفاده می‌شود. این اجزا به عنوان کلیدهای الکترونیکی قدرتی عمل می‌کنند و به کنترل جریان الکتریکی در دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف کمک می‌کنند.

بهبودات اصلی ای قطعه شامل سرعت بالا در سوییچ کردن (باز و بسته کردن)، کاهش انرژی اتلافی در هنگام کنترل جریان، قدرت بالا و تحمل ولتاژ بالا، قابلیت تحمل جریان بالا برای مدت زمان کوتاه و نیز امکان کنترل دقیق جریان می‌باشد.

IGBT‌ها به طور گسترده در انواع کاربردهای صنعتی مانند انژکتورهای تزریق سوخت در خودروها، تولید برق خورشیدی و بادی، محرک‌های الکتریکی، ترانسفورماتورها، مبدل‌های توان، سیستم‌های حفاظتی، سیستم‌های توزیع برق و غیره استفاده می‌شوند.

IGBT ساختار داخلی

ساختار داخلی IGBT یک ترکیب از ترانزیستورهای دوقطبی (Bipolar) و ترانزیستورهای اثر میدان (MOSFET) است که به منظور دستیابی به قابلیت‌های کنترل قدرتی اثر میدان و قدرت قدرتی ترانزیستورهای دوقطبی طراحی شده است. در اینجا به طور خلاصه ساختار داخلی این قطعه را توضیح می‌دهیم:

1. بافر دروازه (Gate Buffer):

در ابتدای ساختار داخلی IGBT، یک بافر دروازه (Gate Buffer) وجود دارد که وظیفه تقویت و تقویت سیگنال کنترلی (ولتاژ دروازه) را برای ترانزیستورهای اثر میدان انجام می‌دهد.

2. ترانزیستورهای اثر میدان (MOSFET):

بخش دروازه IGBT شامل ترانزیستورهای اثر میدان (MOSFET) است که به عنوان ترانزیستورهای کنترلی عمل می‌کنند. این ترانزیستورها با کنترل ولتاژ دروازه، جریان اصلی بین منبع و نشتی (درین) را کنترل می‌کنند.

3. همسان‌سازی پایه‌ها (Emitter Shorting):

در بخش کنترل جریان IGBT، پایه‌های کلکتور و امیتر (Collector و Emitter) به طور همسان‌سازی شده و ترانزیستورهای دوقطبی را تشکیل می‌دهند.

4. ترانزیستورهای دوقطبی (Bipolar):

ترانزیستورهای دوقطبی (Bipolar) در IGBT بخشی از کنترل جریان را انجام می‌دهند. با کنترل جریان از طریق ترانزیستورهای دوقطبی، ترانزیستورهای اثر میدان MOSFET کنترل شده و جریان اصلی ترانزیستور را به منبع تامین می‌کنند.

5. سابسترات (Substrate):

این بخش از IGBT به عنوان پایه‌ای برای قرار دادن تمام اجزا و ترانزیستورها عمل می‌کند.

ترکیب این اجزا در ساختار داخلی IGBT امکانات کنترل جریان با سرعت بالا، قدرت قدرتی و تحمل ولتاژ بالا را فراهم می‌کند و از آن به عنوان کلید الکترونیکی قدرتی در انواع کاربردهای صنعتی و الکترونیکی استفاده می‌شود.

نحوه تست IGBT

• تست دیودی: برای تست دیودی احتیاجی به خارج کردن از مدار نیست. با یک مولتی متر که دارای مقادیر تست دیود باشد می‌توان یک IGBT را تست نمود. روش کار به این صورت است که ابتدا پراب قرمز (+) را روی لینک منفی درایو و پراپ مشکی (-) را به خروجی اینورترها به ترتیب U / V / W قرار داده و مقدار حدودا 0.4 را باید نشان دهد.

پس پراپ مشکی (-) را روی لینک مثبت درایو قرار داده و حالا پراپ قرمز (+) را به ترتیب U / V / W قرار داده که همان مقادیر 0.4 را باید نشان دهد. در غیر اینصورت اگر مقادیر به صورت اتصال کوتاه یا اتصال باز باشد، IGBT آسیب دیده است.

• تست با منبع تغذیه: برای تست IGBT ابتدا باید آن را از مدار خارج کنیم. پس به دو منبع تغذیه مستقل احتیاج داریم. یکی را ابتدا بین کلکتور و امیتر قرار داده و منبع تغذیه دوم را بین گیت و کلکتور قرار می‌دهیم. محض روشن شدن گیت، جریان از کلکتور به امیتر عبور می‌کند، در ضمن جریان منبع تغذیه را روی مقادیر کم باید تنظیم شود.

با برعکس نمودن جهت جریان، IGBT خاموش می‌شود. این روش، روشی مطمئن‌تر برای تست IGBT خواهد بود. IGBTها به صورت تکی، دوبل، پک شش تایی و هفت تایی و IPM ساخته می‌شود. IGBT ها به صورت پین قابل لحیم، پیچی، کنتاکتلس و غیره ساخته می‎‌شود، که هرکدام در جاهای خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدل IPM

IPM یک اختصار از “Intelligent Power Module” (یا ماژول توان هوشمند) است.  IPM یک نوع ماژول الکترونیکی است که یک یا چند IGBT همراه با متعلقات مربوطه مانند ترانزیستورهای اثر میدان (MOSFET)، درایورها، مدارهای حفاظتی و کنترلی، و سایر اجزا را در یک بسته یکپارچه جمع‌آوری می‌کند.

این ماژول‌ها به عنوان تجهیزات الکترونیکی پیشرفته برای کنترل قدرت و توان در برنامه‌های صنعتی و قدرتی به کار می‌روند. طراحی یکپارچه این ماژول‌ها، عملکرد بهتر، کاهش اتلاف توان، افزایش کارایی و انعطاف‌پذیری در کاربردهای مختلف را فراهم می‌کند.

IPM ها معمولاً در سیستم‌های درایو موتور، اینورترها (مبدل‌های توان)، سیستم‌های توزیع برق، سیستم‌های تولید برق از منابع تجدیدپذیر، و سیستم‌های انرژی و کنترل قدرت در کاربردهای صنعتی و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ماژول‌ها به عنوان یکپارچه‌سازی قدرت و الکترونیک، بهبود کارایی، کاهش حجم و وزن و افزایش ایمنی در سیستم‌های قدرتی و الکترونیکی اهمیت دارند.

IGBT دوبل

این مدل دوبل به معنای یک IGBT با دو ماژول آن در یک بسته یکپارچه است. این مدل‌ها به عنوان “IGBT دوبل” یا “ماژول IGBT دوبل” شناخته می‌شوند. در این نوع ماژول‌ها، دو IGBT به همراه متعلقات مربوطه مانند ترانزیستورهای اثر میدان (MOSFET)، درایورها، مدارهای حفاظتی و کنترلی، و سایر اجزا در یک بسته یکپارچه ترکیب شده‌اند.

آن ها به عنوان تجهیزات قدرتی پیشرفته و پرکاربرد در کنترل قدرت و توان در برنامه‌های صنعتی و الکترونیکی استفاده می‌شوند. این ماژول‌ها به واسطه دو IGBT در یک بسته، امکان کنترل جریان و توان بیشتری را فراهم می‌کنند.

استفاده از ماژول‌های IGBT دوبل می‌تواند در سیستم‌های درایو موتور، اینورترها (مبدل‌های توان)، سیستم‌های توزیع برق، سیستم‌های تولید برق از منابع تجدیدپذیر، و سیستم‌های انرژی و کنترل قدرت در کاربردهای صنعتی و خودروسازی مورد استفاده قرار گیرد. این مدل‌ها به عنوان یکپارچه‌سازی قدرت و الکترونیک، بهبود کارایی و کاهش حجم و وزن در سیستم‌های قدرتی و الکترونیکی اهمیت دارند.

پک هفت تایی

پک هفت‌تایی IGBT به مجموعه‌ای از هفت ماژول IGBT در یک بسته یکپارچه اطلاق می‌شود. این پک‌ها به منظور افزایش توان و کارایی در کاربردهای قدرتی و الکترونیکی طراحی شده‌اند. به عبارت دیگر، در یک پک هفت‌تایی IGBT، هفت ماژول IGBT در یک بسته یکپارچه جای می‌گیرند.

پک هفت‌تایی IGBT به عنوان تجهیزات الکترونیکی پیشرفته در کنترل قدرت و توان در برنامه‌های صنعتی و قدرتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با ترکیب هفت ماژول IGBT در یک پک، امکان کنترل توان بیشتر، کارایی بالاتر و انعطاف‌پذیری در کاربردهای مختلف را فراهم می‌کنند.

پک هفت‌تایی IGBT معمولاً در سیستم‌های درایو موتور، اینورترها (مبدل‌های توان)، سیستم‌های توزیع برق، سیستم‌های تولید برق از منابع تجدیدپذیر، و سیستم‌های انرژی و کنترل قدرت در کاربردهای صنعتی و خودروسازی استفاده می‌شود. این پک‌ها به عنوان یکپارچه‌سازی قدرت و الکترونیک، بهبود کارایی، کاهش حجم و وزن و افزایش ایمنی در سیستم‌های قدرتی و الکترونیکی اهمیت دارند.

تاثیرات IGBT

تاثیر IGBT در صنعت به عنوان یک تکنولوژی پیشرفته در کنترل قدرت و توان بسیار قابل توجه است. این تکنولوژی در انواع بخش‌های صنعتی تأثیرات مهمی را ایجاد کرده است. در زیر به برخی از تأثیرات IGBT در صنعت اشاره می‌کنیم:

1. افزایش کارایی: IGBT ها به دلیل سرعت بالا در سوئیچ کردن و کنترل دقیق توان، بهبود کارایی سیستم‌ها و تجهیزات قدرتی را به ارمغان می‌آورند. این بهبود باعث کاهش اتلاف توان و افزایش بهره‌وری در فرآیندها می‌شود.
2. کنترل دقیق توان: IGBT ها به کنترل دقیق جریان و ولتاژ در سیستم‌ها کمک می‌کنند. این امکان را فراهم می‌کنند تا تجهیزات با دقت بالا کنترل شوند و فرآیندها به صورت بهینه انجام شوند.
3. کاهش اندازه و وزن: به دلیل کارایی بالا و انتقال حرارت بهتر، ماژول‌های IGBT کوچکتر و سبکتر از سیستم‌های قدیمی می‌باشند. این امر باعث کاهش اندازه و وزن تجهیزات می‌شود.
4. کاهش اتلاف توان: IGBT ها به دلیل کمترین اتلاف توان در زمان سوئیچ کردن و عدم تولید حرارت زیاد، به بهبود ایمنی تجهیزات و کاهش نیاز به سیستم‌های خنک کننده کمک می‌کنند.
5. سیستم‌های تولید برق از منابع تجدیدپذیر: IGBT ها در سیستم‌های تولید برق از منابع تجدیدپذیر مانند باد، خورشید و هیدروپاور به کنترل تبدیل توان تولید شده و انتقال آن به شبکه برق کمک می‌کنند.
6. انقال توان از بلادرنگی: در صنایعی که نیاز به انتقال توان از بلادرنگی (Regenerative Braking) دارند، IGBT ها به کنترل و تنظیم جریان‌های برگشتی از باتری یا تجهیزات را به خورشیدی کمک می‌کنند.
7. اتوماسیون و کنترل صنعتی: در سیستم‌های اتوماسیون و کنترل صنعتی، IGBT ها به تنظیم دقیق توان و جریان در موتورها، دستگاه‌های پنوماتیک و هیدرولیک کمک می‌کنند.