Tìm hiểu về IGBT, ứng dụng và nguyên lý hoạt động và cấu tạo IGBT

IGBT là gì? Nguyên lý hoạt động và cấu tạoIGBT thế nào? Cùng Baotriso1 tìm hiểu trong bài viết dưới đây bạn nhé.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Transistor có cực điều khiển cách ly là một linh kiện bán dẫn công suất 3 cực là phát minh của Hans W. Beck và Carl F. Wheatley vào năm 1982. IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET với khả năng chịu tải lớn của transistor thường.

Thiết bị chuyển mạch điện tử phổ biến trước đây là BJT (Bipolar Junction Transistor) và MOSFET. Nhưng cả hai thiết bị này đều có những mặt hạn chế để hoạt động ở dòng điện cao. Chúng ta có thể xem IGBT chính là sự kết hợp của BJT và MOSFET, áp dụng khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của BJT. IGBT cũng là một phần tử được điều khiển bằng điện áp, vì thế công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ.

Cấu tạo IGBT, ký hiệu, và cách nhận biết thông số ghi trên thiết bị

Cấu tạo và các ký hiệu của IGBT

Về cấu trúc bán dẫn, IGBT khá giống với MOSFET, điểm khác nhau đó là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter (tương tự cực gốc) với collector (tương tự với cực máng), mà không phải là n-n giống như ở MOSFET. Do đó có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET.

Chính sự kết hợp này mà IGBT còn được gọi bằng một vài tên khác như: Insulated Gate Transistor (IGT), Metal Oxide Semiconductor Insulated Gate Transistor (MOSIGT), Gain Modulated Field Effect Transistor (GEMFET), Conductively Modulated Field Effect Transistor (COMFET).

Cách nhận biết các thông số ghi trên thân IGBT

Với cấu tạo IGBT hiện nay, các bạn có thể nhận biết hai thông số trước tiên thông qua mã số của IGBT

• Với IGBT ở trên ta nhận biết được IGBT chịu được dòng 25A và điện áp lên tới 1200V.

Một ví dụ khác:

• Tương tự như IGBT FGA15N1200V ta cũng dễ dàng suy luận ra dòng IC là 15A và áp chịu đựng UCE lên tới 1200V.

Phân loại IGBT

Phân loại dựa vào phạm vi ứng dụng

• Đối với nguồn điện thấp IGBT

Phạm vi ứng dụng IGBT nói chung trong phạm vi của 600V, 1KA, 1KHz hoặc có thể cao hơn. Để nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành công nghiệp thiết bị nhà, năng lượng thấp IGBT sản phẩm được giới thiệu, được sử dụng trong lò vi sóng, máy rửa chén, bếp điện, chỉnh lưu điện tử, máy ảnh và các sản phẩm khác trong thiết bị nhà ngành công nghiệp.

• U (cấu trúc rãnh)-IGBT

U – IGBT là rãnh trên sự chết, và một cổng rãnh được hình thành bên trong các tế bào con chip. Với việc áp dụng cấu trúc kênh, kích thước tế bào có thể tiếp tục giảm, kháng chiến channel có thể được giảm, mật độ hiện tại có thể được cải thiện, và những sản phẩm có cùng xếp hạng hiện tại cũng như kích thước chip nhỏ nhất có thể được sản xuất. Một số công ty hiện nay có sản xuất một loạt các sản phẩm U-IGBT cho lái xe điện áp thấp và bề mặt gắn kết yêu cầu.

• NPT(không-punch-through loại)-IGBT

NPT-IGBT nhờ vào công nghệ wafer silicon mỏng, mà thay thế cao phức tạp và chi phí cao dày lớp cao-kháng epitaxy với ion tiêm vào vùng emitter sẽ giảm chi phí sản xuất khoảng 25%, và các cao áp withstand, lớn hơn sự khác biệt của chi phí. Đô thị này có nhiều đặc tính là: hiệu suất, tốc độ cao, thấp cân, hệ số nhiệt độ tích cực và không có hiệu lực hãm. NPT-IGBT có độ tin cậy đạt cao nhất khi thiết kế 600-1200V IGBT. Loại NPT đang trở thành xu hướng phát triển của IGBT.

• SDB(Silicon trực tiếp liên kết)-IGBT

Sử dụng công nghệ SDB để sản xuất IGBT tốc độ cao thế hệ thứ tư và mô-đun sản phẩm trên dây chuyền sản xuất IC, với tốc độ cao, độ bão hòa thấp áp thả, hiện tại đuôi thấp, nhiệt độ tích cực hệ số cho dễ dàng song song kết nối, 600V và 1200V phạm vi tuyệt vời hiệu suất, chia thành hai hệ thống chính đó là: UF và RUF.

• Loại IGBT cực nhanh

Tập trung nghiên cứu, phát triển là làm giảm tác dụng tailing IGBT, vì thế nó có thể nhanh chóng bị tắt. IGBT cực kỳ nhanh phát triển có thể giảm thiểu hiệu ứng tailing, thời gian turn-off không vượt quá 2000ns, và công nghệ lớp đặc biệt chiếu sáng năng lượng cao có thể được sử dụng. Dưới đây 100ns, tailing là ngắn hơn, và các sản phẩm được thiết kế cho việc điều khiển động cơ. Có 6 mô hình có sẵn, và chúng có thể được dùng trong bộ chuyển đổi điện sứ.

• Loại IGBT / FRD

IGBT/FRD có hiệu quả là kết hợp để giảm sự thất thoát của nhà nước chuyển đổi bằng 20%. Được đóng gói trong gói TO-247 đánh giá chi tiết kỹ thuật của 1200V, 25, 50, 75, 100A motor drive và chuyển đổi năng lượng dựa vào IGBT và FRD. Công nghệ mới tạo điều kiện song song của các thiết bị, đạt được thêm đồng nhất nhiệt độ ở mô-đun chip đa và cải thiện hơn độ tin cậy tổng thể.

• Mô-đun điện IGBT

Dùng IC drive, nhiều ổ đĩa bảo vệ mạch điện, hiệu suất cao IGBT chip, công nghệ bao bì mới, từ sức mạnh tổng hợp module PIM thông minh quyền lực mô-đun IPM, khối xây dựng điện tử điện PEBB, mô-đun điện IPEM. PIM phát triển cao áp và cao hiện tại, và thông minh và mô-đun đã trở thành một điểm nóng phát triển IGBT.

Phân loại dựa theo công nghệ chế tạo IGBT và chi tiết cấu trúc

• IGBT thường thì được phân thành 2 loại NPT-IGBT và PT-IGBT hoặc còn được gọi là IGBT đối xứng và IGBT bất đối xứng. Chúng khác nhau ở công nghệ chế tạo, chi tiết cấu trúc.
• IGBT có lớp đệm n+ được gọi là NPT-IGBT. Nếu không có thì gọi là PT-IGBT.
• IGBT đối xứng có điện áp đánh thủng thuận và nghịch bằng nhau được dùng trong các ứng dụng điện xoay chiều.
• Trong khi đó IGBT bất đối xứng thì điện áp đánh thủng ngược lại nhỏ hơn điện áp đánh thủng thuận. Loại này được dùng cho mạch điện một chiều, do thiết bị không cần hỗ trợ dòng điện theo chiều ngược lại.

Phân loại dựa theo kiểu vỏ chế tạo

Nguyên lý hoạt động của IGBT

IGBT bao gồm 3 cực được gắn với 3 lớp kim loại khác nhau và lớp kim loại ở cổng vào (Gate) được phủ một lớp silicon dioxide nhằm cách điện. Gần lớp Collector là một lớp p+ được đặt trên một lớp n-. Một lớp p khác đặt gần Emitter và bên trong lớp p đó ta còn có một lớp p+. Phần tiếp giữa p+ và n- gọi là J2 và giữa n- và p gọi là J1. Có thể tham khảo cấu trúc IGBT qua hình ảnh dưới đây.

Để hiểu về nguyên lý hoạt động của IGBT, ta xem xét nguồn điện áp dương VG được nối với cổng Gate. Một nguồn điện áp dương VCC khác thì được nối với Emitter và Collector. Do nguồn điện áp VCC, tiếp điểm J1 được phân cực thuận còn J2 được phân cực nghịch. Với đặc tính này, thì sẽ không có bất cứ dòng điện nào bên trong IGBT (từ Emitter đến Collector).

Ban đầu sẽ không có bất cứ dòng điện nào chạy qua cổng Gate, lúc này IGBT ở trạng thái không dẫn điện. Khi chúng ta tăng điện áp qua cổng Gate, theo hiệu ứng điện dung trên lớp SiO2, thì các ion mang điện trở âm sẽ tích tụ trên mặt trên còn các ion mang điện trở dương thì sẽ tích ở bề mặt dưới của lớp SiO2.

Điều này đưa đến hiện tượng tăng cao của những hạt mang điện tích âm ở lớp p. Nếu điện áp ở VG càng cao thì các hạt mang điện tích âm càng được tích tụ nhiều. Từ đó sẽ hình thành đường dẫn ở tiếp điểm J2 cho phép dòng điện chạy từ Collector sang Emitter. Khi dòng điện vào VG càng cao thì dòng điện chạy từ Collector sang Emitter cũng tăng lên.

Những thông số đặc trưng của IGBT là gì?

Nhà sản xuất linh kiện đưa ra những thông số đặc trưng dưới đây để quy định khả năng làm việc cực đại và cực tiểu cho phép của IGBT.

• VCES : Điện áp lớn nhất cho phép
• Dòng điện chịu tải lớn nhất IC (được đo ở nhiệt độ cụ thể)
• Dòng điện lớn nhất có thể lặp lại ICM chính là dòng điện cực đại quá độ mà IGBT chịu được, có trị số cao hơn IC.
• Giới hạn điện áp kích của cực cổng: VGES. Chính yếu tố chiều dày và đặc tính oxit ở cổng xác định điện áp này. Điện áp cổng phải có giới hạn thấp hơn để hạn chế dòng điện IC khi gặp sự cố.
• Dòng điện tải cảm ILM: là dòng điện cực đại lặp lại mà IGBT có thể cắt được khi làm việc có dòng điện phục hồi qua diode thoát nối song song với tải cảm và làm tăng thêm tổn hao chuyển mạch.
• VCESAT: Điện áp rơi bão hòa
• Điện tích cổng QC giúp thiết kế mạch điều khiển cổng thích hợp và tính toán gần chính xác tổn hao. Thông số này sẽ thay đổi theo điện áp UGE.

Về đặc tính đóng cắt của IGBT

Do cấu trúc p – n – p mà điện áp thuận giữa C và E trong chế độ dẫn dòng ở IGBT thấp hơn nhiều so với Mosfet. Nhưng do cấu trúc này làm cho thời gian đóng cắt của IGBT chậm hơn so với Mosfet, nhất là khi khóa lại.

Hình vẽ thể hiện cấu trúc tương đương của IGBT với Mosfet và một Transistor p – n – p. Ký hiệu dòng qua IGBT gồm hai thành phần: i1 là dòng qua Mosfet, và i2 là dòng qua Tranzitor.

Phần Mosfet trong IGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu như xả hết được điện tích giữa G và E, vì thế dòng i1= 0, nhưng i2 sẽ không suy giảm nhanh chóng được vì lượng điện tích lũy trong (tương đương với bazo của cấu trúc p-n-p) chỉ có thể mất đi bởi quá trình tự trung hòa điện tích. Điều này làm xuất hiện vùng dòng điện kéo dài khi khóa IGBT.

Sơ đồ thử nghiệm một khóa IGBT bên dưới:

Quá trình mở IGBT

Quá trình mở IGBT diễn ra khá giống với quá trình này ở Mosfet khi điện áp điều khiển vào tăng tử 0 đến giá trị Ug. Trong thời gian trễ, khi mở Io tín hiệu điều khiển nạp điện cho tụ Cgc làm cho điện áp giữa cực điều khiển và emite tăng lên theo quy luật hàm mũ từ 0 đến giá trị ngưỡng Uge( 3v đến 5v). Chỉ khi đó Mosfet trong cấu trúc của IGBT mới bắt đầu mở ra.

Dòng điện giữa colecto-emito tăng theo quy luật đó là quy luật tuyến tính từ 0 đến dòng tải Io trong thời gian Tr. Trong thời gian Tr, điện áp giữa cực điều khiển và emite sẽ tăng đến giá trị Uge xác định giá trị dòng Io qua colecto.

Vì diode Do còn đang dẫn dòng tải Io nên điện áp Uce vẫn bị găm lên mức điện áp nguồn 1 chiều Udc. Tiếp theo quá trình mở sẽ diễn ra theo 2 giai đoạn: T1 và T2. Trong suốt hai giai đoạn này điện áp giữa cực điều khiển giữ nguyên Uge để duy trì dòng Io, lí do dòng điều khiển hoàn toàn là dòng phóng tụ Cgc.

IGBT làm việc trong chế độ tuyến tính. Trong giai đoạn đầu khi diễn ra quá trình khóa và phục hồi của diode Do dòng phục hồi của diode Do tạo nên xung dòng trên mức dòng tải Io của IGBT. Điện áp Uce sẽ giảm. IGBT chuyển điểm làm việc sang vùng chế độ tuyến tính để qua vùng bão hòa. Giai đoạn 2 tiếp diễn quá trình giảm điện trở trong vùng thuần trở của colecto khiến cho điện trở colecto-emito về đến giá trị Ron khi bão hòa hoàn toàn.

Uce= IoRon.

Sau thời gian mở Ton khi tụ Cgc đã phóng điện xong, điện áp giữa cực điều khiển và emito vẫn tiếp tục tăng theo quy luật hàm mũ với hằng số thời gian CgcRg đến giá trị cuối cùng Ug.

Tổn hao năng lượng khi mở được tính gần đúng là:

Nếu ta tính thêm ảnh hưởng của quá trình phục hồi của diode Do thì tổn hao năng lượng chắc chắn lớn hơn do xung dòng trên dòng colector.

Quá trình khóa IGBT

Dạng điện áp, dòng điện của quá trình khóa thể hiện như hình sau.

Quá trình khóa xảy ra khi điện áp điều khiển giảm từ UG xuống -UG. Trong thời gian trễ khi mà khóa td(off) chỉ có tụ đầu vào Cgc giải phóng điện qua dòng điều khiển đầu vào với hằng số thời gian bằng CgcRg, tới mức điện áp Miller.

Bắt đầu từ mức Miller điện áp giữa cực điều khiển và emiter bị giữ không đổi do điện áp Ucc bắt đầu tăng lên và vì thế tụ Cgc sẽ bắt đầu được nạp điện. Dòng điều khiển bây giờ hoàn toàn là dòng nạp cho tụ Cgc do đó điện áp UGF được giữ không đổi.

Điện áp Vce tăng từ giá trị bão hòa Vce,on chotới giá trị điện áp nguồn Vdc sau khoảng thời gian trV. Từ cuối khoảng trV điôt D0 bắt đầu mở ra cho dòng tải Io ngắn mạch qua, nên dòng collector bắt đầu giảm.

Quá trình giảm dòng xảy ra theo hai giai đoạn, tfi1 và tfi2. Trong giai đoạn đầu tiên, thành phần dòng i1 của MOSFET trong cấu trúc bán dẫn IGBT suy giảm nhanh về không. Điện áp Vge ra ngoài mức Miller và giảm về mức điện áp điều khiển ở đầu vào –VG với hằng số thời gian RG(Cge + Cgc). Ở cuối khoảng tfi1, Vge đạt mức ngưỡng khóa của MOSFET, VGE(th), tương đương với việc MOSFET hoàn toàn bị khóa.

Ở giai đoạn hai, thành phần dòng i2 của transistor p-n-p bắt đầu suy giảm. Quá trình giảm dòng có thể kéo dài vì các điện tích trong lớp n – chỉ bị mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích tại chỗ. Đó chính là vấn đề đuôi dòng điện đã nói đến ở phần trên.

Tổn hao năng lượng trong quá trình khóa tính gần đúng bằng:

Vùng làm việc an toàn (tiếng Anh là Safe Operating Area)

Vùng làm việc an toàn được biểu thị dưới dạng đồ thị quan hệ giữa điện áp và giá trị dòng điện lớn nhất mà phần tử có thể hoạt động được trong mọi chế độ: khi dẫn, khi khóa, cũng như trong các quá trình đóng cắt. SOA của IGBT được biểu diễn ở hình dưới đây:

Hình đầu tiên biểu diễn lúc điện áp đặt lên cực điều khiển và emitor là dương còn hình thứ hai thì điện áp này là âm. Khi điện áp điều khiển dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế ở bên phải, phía trên, ứng với chế độ dòng điện và điện áp lớn. Có nghĩa là khi chu kì đóng cắt càng ngắn, tần số làm việc càng cao thì khả năng đóng cắt công suất càng suy giảm.

Khi đặt điện áp điều khiển âm lên cực điều khiển và emitor, SOA bị giới hạn ở vùng công suất lớn do tốc độ tăng điện áp quá cao sẽ dẫn tới xuất hiện dòng điện lớn đưa vào vùng p của cực điều khiển, có tác dụng giống như dòng điều khiển làm IGBT mở trở lại giống như tác dụng đối với cấu trúc của thyristor. Tuy nhiên khả năng chịu đựng tốc độ tăng áp ở IGBT lại lớn hơn nhiều so với ở các phần tử bán dẫn công suất khác.

Giá trị lớn nhất của dòng cho phép collector cho phép Icm được chọn để tránh được hiện tượng chốt giữ dòng, không khóa lại được, giống như ở thyristor. Hơn thế, điện áp điều khiển lớn nhất Uge cũng phải được chọn để có thể giới hạn được dòng điện Ice trong giới hạn lớn nhất cho phép trong điều kiện việc có ngắn mạch bằng cách chuyển đổi bắt buộc từ chế độ bão hòa sang chế độ tuyến tính.

Khi đó dòng Ice được giới hạn không đổi, không phải phụ thuộc vào điện áp Uce lúc đó. Tiếp theo IGBT phải được khóa lại trong điều kiện đó, càng nhanh càng tốt để tránh việc phát nhiệt quá mạnh. Tránh hiện tượng chốt giữ dòng bằng cách liên tục theo dõi dòng collector là điều cần thiết nhất khi thiết kế IGBT.

Những yêu cầu với tín hiệu điều khiển IGBT

IGBT là phần tử điều khiển bằng điện áp, giống MOSFET, nêu yêu cầu điện áp có mặt liên tục trên cực điều khiển và emitor để xác định được chế độ khóa, mở. Mạch điều khiển cho IGBT có yêu cầu tối thiểu như được biểu diễn như sơ đồ dưới đây:

Tín hiệu mở sẽ có biên độ UGE, tín hiệu khóa sẽ có biên độ – UGE cung cấp cho mạch G – E qua điện trở RG. Mạch G – E được bảo vệ nhờ diode ổn áp ở mức khoảng +/- 18V.

Vì có tụ ký sinh lớn giữa G và E nên kỹ thuật điều khiển như điều khiển MOSFET có thể được áp dụng, nhưng điện áp khóa phải lớn hơn. Tín hiệu điều khiển thường được chọn là + 15V và – 5V là phù hợp nhất. Mức điện áp âm khi khóa góp phần giảm tổn thất công suất trên mạch điều khiển như được minh họa qua hình a dưới đây.

Điện trở RG cũng làm ảnh hưởng đến tổn hao công suất điều khiển và được mô tả bằng hình b. Điện trở RG nhỏ sẽ giảm thời gian xác lập tín hiệu điều khiển, giảm ảnh hưởng của dUCE/df, giảm tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển, tuy nhiên lại làm mạch điều khiển nhạy cảm hơn với điện cảm ký sinh trong mạch điều khiển.

Dòng điều khiển đầu vào phải cung cấp được dòng điện có biên độ:

Tổn hao công suất trung bình được tính bằng:

Trong đó (miliCulông, mC) là điện tích nạp cho tụ đầu vào, giá trị thường được sủ dụng trong tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất; là tần số đóng cắt của IBGT.

Vấn đề bảo vệ IGBT và giải pháp

Thông thường IGBT được dùng trong các mạch đóng cắt tần số cao, từ 2 đến hàng chục kHz. Ở tần số đóng cắt cao như thế, những sự cố có thể làm phá hủy phần tử rất nhanh và dẫn đến phá hỏng thiết bị. Sự cố hay xảy ra nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ các phần tử có lỗi ở chế tạo hoặc lắp ráp.

Có thể ngắt dòng IGBT bằng việc 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 tới công suất phát nhiệt tăng đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt. Hơn nữa 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. Khi xảy ra sự cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo quy luật như cũ, cũng không đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng điện được.

Giải pháp là:

Tối ưu nhất là giải pháp làm chậm lại quá trình khóa của IGBT. Còn gọi là khóa mềm (soft turn-off) khi phát hiện có sự cố dòng tăng quá mức cho phép. Với trường hợp này điện áp trên cực điều khiển. Và emito được giảm đi từ từ về mức điện áp âm khi khóa I

GBT sẽ chuyển về trạng thái khóa sang chế độ tuyến tính. Nhờ đó dòng điện bị hạn chế và giảm dần về không. Tránh được hiện tượng quá áp trên phần tử. Thời gian khóa của IGBT có thể kéo dài 5 đến 10 lần so với thời gian khóa thông thường.

Ưu và nhược điểm của IGBT

Với những tính năng tối ưu kể trên, IGBT hi vọng sẽ dần thay thế tất cả những linh kiện bán dẫn khóa khác. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội đó thì vẫn tồn tại một số hạn chế như sau:

Về ưu điểm

• Cho phép việc đóng ngắt thực hiện dễ dàng, chức năng điều khiển nhanh chóng.
• IGBT chịu được điện áp lớn hơn MOS. Thường là từ 600V đến 1,5kV. Cũng có một số loại được chế tạo đặc biệt hơn để chịu được điện áp lớn hơn nữa.
• Có tải dòng lớn, xấp xỉ 1kA. Sụt áp bé, điều khiển bằng áp.
• So sánh IGBT với các linh kiện điện tử khác ở bảng dưới:

Về hạn chế

• Có tần số thấp hơn so với MOS. Vì thế với những ứng dụng cần tần số cao áp 400V thì MOS vẫn được ưu tiên hơn. Khi IGBT hoạt động ở tần số cao thì sụt áp sẽ lớn hơn.
• Có công suất nhỏ và vừa
• Có giá thành cao hơn so với các linh kiện khác, làm cho các thiết bị có sử dụng linh kiện này cũng có giá thành cao.

Những ứng dụng của IGBT

• Được dùng trong trình điều khiển động cơ xoay chiều và 1 chiều.
• Dùng trong hệ thống cung cấp điện không kiểm soát (UPS)

• Được sử dụng để kết hợp đặc tích gate-drive đơn giản của MOSFET với điện áp cao và bão hòa thấp của transistor lưỡng cực.
• Được sử dụng trong nguồn cấp điện có chế độ chuyển mạch (SMPS)
• Dùng trong điều khiển động cơ kéo và gia nhiệt cảm ứng.
• Công nghệ IGBT được so sánh gần giống với Transistor ở chức năng của IGBT bếp từ đó là khả năng đóng cắt siêu nhanh. Ở ngành điện công nghiệp thì công nghệ IGBT được ứng dụng trong các máy hàn điện tử, máy cát plasma, máy cơ khí, đóng vai trò là bộ biến tần hiệu quả.

• IGBT còn được dùng trong việc lắp đặt, vận hành máy nung cao tần. Có IGBT giúp cho máy nung hoạt động ổn định với khả năng chuyển mạch điện nhanh, đảm bảo cho quá trình vận hành luôn được thuận tiện và nhanh chóng. Do đó, nâng cao được năng suất lao động và tiết kiệm tối đa nhất chi phí cho người dùng.

Cách đo và kiểm tra IGBT

Với bất kì IBGT nào thì trước khi đo chúng ta cũng phải kiểm tra thật kĩ càng các yếu tố liên quan về mặt thông số và cấu tạo IGBT để tránh trường hợp lắp vào mạch điện gây hỏng hóc thêm không cần thiết.

Đơn giản là bạn có thể tự kiểm tra IGBT của mình bằng đồng hồ vạn năng. Nhưng trước khi kiểm tra, bạn nhớ tuân thủ những điểm sau:

• Đảm bảo an toàn điện, tránh phát sinh tĩnh điện làm hỏng thiết bị của bạn.
• Không được để điện áp ở cổng Gate và Emitter lớn hơn mức điện áp quy định của cấu tạo IGBT.
• Nếu trường hợp cổng Gate hở, bạn phải duy trì mức điện áp giữa Collector và Emitter thấp hơn 20V.
• Bạn nên sử dụng đồng hồ vạn năng có chức năng kiểm tra diode.

Các bước tiến hành như sau

Bạn đã hiểu về cấu tạo IGBT. Để kiểm tra thông số IGBT bạn sử dụng đồng hồ Kim thang đo 10K (điện áp kích ngưỡng 9VDC, với cực dương đồng hồ kim là que ĐEN, cực âm đồng hồ kim là que ĐỎ)

Bước 1: Xả điện áp giữa 3 chân G – C- E ( làm cho IGBT không còn điện áp kích chân G)

+ Que ĐEN gắn vào chân C hoặc E

+ Que ĐỎ gắn vào chân G

Bước 2: Đo và kiểm tra 2 chân C – E (Có 1 chiều Kim lên)

+ Que ĐEN gắn vào chân C

+ Que ĐỎ gắn vào chân E

thì không lên kim

+ Que ĐEN gắn vào chân E

+ Que ĐỎ gắn vào chân C

Thấy đồng hồ lên kim (Nếu thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm giữa 0 và 1 là IGBT tốt)

Bước 3: Thực hiện kích chân G của IGBT

+ Que ĐEN gắn vào chân G

+ Que ĐỎ gắn vào chân C hoặc chân E

Bước 4: Bước kiểm tra sau khi kích chân G ( xem khi kích xong thì các chân C và E như nào)

+ Que ĐEN gắn vào chân C

+ Que ĐỎ gắn vào chân E

nhận thấy đồng hồ lên kim ( khi thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm giữa 0 và 1 tức là cặp chân C – E IGBT tốt hay IGBT đã được kích và còn điều khiển tín hiệu kích tốt)

+ Que ĐEN gắn vào chân E

+ Que ĐỎ gắn vào chân C

Nhận thấy đồng hồ lên kim (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm giữa 0 và 1 nghĩa là cặp chân E – C IGBT tốt hay cặp chân thể hiện bằng hình Diode của IGBT còn tốt)

Bước 5: Kiểm tra thử xem giữa 2 chân còn lại là G – C có bị rò hay bị thủng không bằng cách:

+ Que ĐEN gắn vào chân G

+ Que Đỏ gắn vào chân C

thấy kim không lên

+ Que ĐEN gắn vào chân C

+ Que ĐỎ gắn vào chân G

Kim không lên

Bước 6: Bước đo bổ sung và kiểm tra lớp bán dẫn giữa các cực

+ Sau khi đã đo đủ 5 bước với IGBT và IGBT đó đều thỏa mãn tất cả các phép đo, thì chúng ta tiến hành đo lớp tiếp dẫn của IGBT

+ Về cấu trúc bán dẫn, cấu tạo IGBT khá giống với MOSFET, điểm khác nhau ở đây là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter (tương tự cực gốc) với collector (tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET. Vì vậy có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET.

+ Que ĐỎ gắn vào chân E

+ Que ĐEN gắn vào chân C

thì đồng hồ hiển thị điện áp trong trường hợp này là abcV ( nghĩa là điện áp lệch giữa 2 cực bán dẫn P và N còn tốt).

+ Que ĐỎ gắn vào chân C

+ Que ĐEN gắn vào chân E

thì đồng hồ hiển thị 0V

Lời kết

IGB là một linh kiện điều khiển công suất cao, có thể nhận thấy IGBT trong các mạch có công suất và tần số đóng cắt lớn vì lợi dụng những đặc tính của cả Transistor và Mosfet.

Hy vọng bài viết này của Baotriso1 giúp bạn hiểu được nguyên lý hoạt động,cấu tạo IGBT và ứng dụng của nó trong lĩnh vực điện tử. Cảm ơn bạn nếu hữu ích hãy like và share để ủng hộ kênh