IGBT
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Mục lục |
[sửa] Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
IGBT, viết tắt của Insulated Gate Bipolar Tranzitor tức "tranzitor có cực điều khiển cách ly", là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của tranzitor thường. Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ.
Hình vẽ bên giới thiệu cấu trúc bán dẫn của một IGBT.
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter( tương tự cực gốc) với collector(tuơng tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET . Vì thế có thể coi IGBT tương đương với một tranzitor p-n-p với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET.
Dưới tác dụng của áp điều khiển Uge>0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các điện tử được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET.Các điện tử di chuyển về phía collector vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector ở tranzitor thường,tạo nên dòng collector.
[sửa] Đặc tính đóng cắt của IGBT
[sửa] Quá trình mở IGBT
[sửa] Quá trình khóa IGBT
[sửa] Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area)
[sửa] Yêu cầu với tín hiệu điều khiển
[sửa] Vấn đề bảo vệ IGBT
Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao, từ 2 đến hàng chục kHz. Ở tần số đóng cắt cao như vậy, những sự cố có thể phá hủy phần tử rất nhanh và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị. Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ các phần tử có lỗi do chế tạo hoặc lắp ráp.
Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá trị âm. Tuy nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công suất phát nhiệt tăng đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt. Mặt khác khi khóa IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dấn đến tốc độ tăng dòng quá lớn, gây quá áp trên collector, emiter, lập tức đánh thủng phần tử. Trong sự cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo qui luật như cũ, cũng không đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng điện được.
Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sử dụng các mạch dập RC (snubber circuit), mắc song song với các phần tử. Tuy nhiên các mạch dập có thể làm tăng kích thước và giảm độ tin cậy của thiết bị. Giải pháp tối ưu được đưa ra là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT, hay còn gọi là khóa mềm (soft turn-off) khi phát hiện có sự cố dòng tăng quá mức cho phép.
