در دنیای الکترونیک قدرت، قطعات نیمههادی نقش بسیار مهمی در کنترل انرژی الکتریکی دارند. یکی از پرکاربردترین این قطعات، IGBT است که در تجهیزات مختلفی مانند اینورترها، درایوهای کنترل دور موتور، منابع تغذیه، سیستمهای خورشیدی و خودروهای برقی استفاده میشود.
اگر تاکنون هنگام تعمیر یا عیبیابی یک اینورتر با عبارت خرابی IGBT یا سوختن IGBT مواجه شدهاید، احتمالاً این سؤال برایتان پیش آمده که IGBT چیست و چه وظیفهای در مدار دارد؟
در این مقاله به زبان ساده با ساختار، نحوه عملکرد، مزایا، کاربردها، علائم خرابی و روش تست IGBT آشنا میشویم.
IGBT چیست؟
IGBT مخفف عبارت Insulated Gate Bipolar Transistor به معنای ترانزیستور دوقطبی با گیت عایقشده است. این قطعه یک کلید الکترونیکی قدرت است که برای کنترل جریان و ولتاژ در مدارهای الکتریکی به کار میرود. IGBT ویژگیهای مثبت دو قطعه مشهور یعنی MOSFET و BJT را با یکدیگر ترکیب کرده است؛ به همین دلیل هم سرعت سوئیچینگ مناسبی دارد و هم میتواند جریانها و ولتاژهای بالا را تحمل کند. به همین علت، امروزه در اکثر اینورترهای صنعتی از IGBT بهعنوان عنصر اصلی بخش قدرت استفاده میشود.
IGBT چگونه کار میکند؟
عملکرد IGBT را میتوان به یک کلید هوشمند تشبیه کرد. زمانی که ولتاژ مناسبی به پایه Gate اعمال شود، مسیر عبور جریان بین Collector و Emitter باز شده و جریان از آن عبور میکند. با حذف ولتاژ گیت، مسیر جریان بسته شده و جریان قطع میشود. به دلیل سرعت بسیار بالای این فرآیند، IGBT قادر است هزاران بار در هر ثانیه قطع و وصل شود و ولتاژ DC را به سیگنال AC با فرکانس دلخواه تبدیل کند؛ قابلیتی که اساس عملکرد اینورترها را تشکیل میدهد.
IGBT چه کاربردهایی دارد؟
به دلیل توان بالا و راندمان مناسب، IGBT در صنایع مختلف استفاده میشود.
مهمترین کاربردهای آن عبارتاند از:
- اینورترهای صنعتی
- درایو کنترل دور موتور
- UPS (منبع تغذیه بدون وقفه)
- سیستمهای انرژی خورشیدی
- شارژر خودروهای برقی
- دستگاههای جوش اینورتر
- منابع تغذیه سوئیچینگ
- تجهیزات پزشکی
- سیستمهای ریلی و مترو
- ماشینآلات CNC
هرجا نیاز به کنترل توان بالا با دقت زیاد باشد، احتمال استفاده از IGBT بسیار زیاد است.
نقش IGBT در اینورتر چیست؟
در یک اینورتر، برق ورودی پس از یکسوسازی به ولتاژ DC تبدیل میشود.
سپس IGBTها با سوئیچینگ بسیار سریع، این ولتاژ DC را دوباره به برق AC با فرکانس و ولتاژ قابل کنترل تبدیل میکنند.
به همین دلیل، اگر یکی از IGBTها آسیب ببیند، اینورتر ممکن است:
- روشن نشود.
- خروجی نداشته باشد.
- خطای اتصال کوتاه نمایش دهد.
- فیوز ورودی را قطع کند.
- موتور را راهاندازی نکند.
به همین دلیل، خرابی IGBT یکی از رایجترین دلایل خرابی اینورتر محسوب میشود.