IGBT là gì? Tổng hợp thông tin về IGBT

IGBT là một trong những bộ phận then chốt trong các hệ thống biến tần công suất lớn hiện nay. Vậy IGBT có cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng như thế nào không? Hãy cùng HG Automation tìm hiểu kỹ hơn về công nghệ IGBT trong biến tần qua bài viết sau.

IGBT là gì?

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là một loại transistor công suất ba cực, kết hợp ưu điểm của MOSFET và transistor thông thường. Nhờ đặc tính được điều khiển bằng điện áp, IGBT cho phép điều khiển công suất với yêu cầu điện áp điều khiển rất thấp.

Khác với thyristor, IGBT cho phép thực hiện đóng cắt nhanh chóng thông qua việc điều khiển điện áp giữa các cực G và E. Đầu ra của IGBT cũng có dạng điện áp rất đồng dạng với điện áp điều khiển. Nhờ những ưu điểm vượt trội này, IGBT được ứng dụng rộng rãi trong các mạch biến tần, bộ inverter một chiều và nhiều thiết bị khác như máy hàn điện tử, servo drive.

Khái niệm IGBT là gì?

Mặc dù driver của IGBT cũng có sẵn trên thị trường Việt Nam, tuy nhiên giá thành thường hơi cao so với một số linh kiện thông thường khác. Tuy vậy, với những ưu điểm vượt trội về tốc độ đóng cắt, khả năng chịu tải lớn và yêu cầu công suất điều khiển thấp, IGBT đã và đang trở thành một trong những bán dẫn công suất được ưa chuộng nhất trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

Cấu tạo của IGBT

Cấu trúc bán dẫn của IGBT có nhiều điểm tương đồng với MOSFET, nhưng với một điểm khác biệt quan trọng. IGBT có thêm một lớp nối với Collector, tạo thành cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa Emitter và Collector – không phải cấu trúc n-n như ở MOSFET. Vì thế, IGBT có thể được coi như một Transistor p-n-p với dòng Base được điều khiển bởi một MOSFET.

Cấu tạo của IGBT trong biến tần

Khi có áp điều khiển Uge>0 tác dụng, một kênh dẫn với những hạt mang điện là điện tử sẽ được hình thành, tương tự cấu trúc của MOSFET. Các điện tử này di chuyển về phía Collector, vượt qua lớp tiếp giáp n-p giữa Base và Collector như trong cấu trúc Transistor thông thường, từ đó tạo nên dòng Collector.

Cấu trúc đặc biệt này mang lại cho IGBT những ưu điểm vượt trội so với MOSFET, như khả năng chịu áp cao và dòng lớn, kết hợp với tính điều khiển dễ dàng như MOSFET. Đây chính là lý do IGBT được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị Biến Tần hiện đại.

>>> Tham khảo ngay: Công dụng của VSD trong biến tần là gì?

Ưu điểm của IGBT

Công nghệ IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) được công nhận là lựa chọn hoàn hảo cho rất nhiều sản phẩm điện tử cũng như các ngành công nghiệp điện năng.

Ưu điểm:

• Khả năng đóng cắt nhanh chóng và đa dạng phổ rộng các sò công suất.
• So với công nghệ MOS truyền thống, IGBT có khả năng chịu áp lực lớn hơn, thường trong khoảng từ 600V đến 1.5kV, tạo nên độ chịu tải và thất thoát điện năng thấp.
• Giúp các thiết bị sử dụng IGBT vận hành ổn định, tiết kiệm điện, gọn nhẹ và dễ sử dụng, mang lại giá trị sử dụng cao.
• Các mẫu IGBT lớn thường sử dụng cấu trúc song song, cho phép kiểm soát dòng điện lên tới hàng trăm ampe với điện áp chặn lên đến 6500V.
• Kiểm soát tải lên tới hàng trăm kilowatt đây là một bước tiến mới trong công nghệ IGBT.

Ưu điểm của IGBT trong ngành công nghiệp điện năng

Cách đo và kiểm tra IGBT

Trong lĩnh vực nhà máy công nghiệp, sự sử dụng rộng rãi của biến tần đôi khi gặp phải các vấn đề hư hỏng. Để nhanh chóng khắc phục, kỹ sư bảo trì hoặc thợ sửa chữa cần biết cách kiểm tra và đo đạc diode IGBT công suất trong biến tần.

Việc kiểm tra diode IGBT công suất trong biến tần không chỉ giúp tìm ra các sự cố như cảnh báo quá dòng hay mất pha ngõ ra, mà còn giúp loại trừ các nguyên nhân khác có thể ảnh hưởng đến hoạt động của biến tần. Quá trình này đòi hỏi chuyên môn và kinh nghiệm vì thế nếu chưa tự tin trong việc đo và kiểm tra IGBT trong biến tần, bạn có thể liên hệ ngay đến HG Automation – Đơn vị chuyên cung cấp các dòng biến tần Danfoss, Vacon chất lượng, đội ngũ kỹ thuật viên sẽ hỗ trợ bạn nhanh nhất.

Để đo và kiểm tra IGBT trong biến tần, phương pháp phổ biến nhất là sử dụng đồng hồ vạn năng. Phương pháp này có ưu điểm là nhanh chóng, hiệu quả và độ chính xác cao.

Khi tiến hành đo IGBT, đảm bảo tuân thủ các yếu tố sau:

• An toàn điện: Đảm bảo không gây hỏng thiết bị.
• Điện áp chân Gate và Emittor: Không vượt quá điện áp danh định của IGBT.
• Chân Gate bị hở: Đảm bảo không có điện áp lớn hơn 20V giữa chân Collector và Emittor.
• Chuẩn bị đồng hồ vạn năng: Sử dụng chế độ kiểm tra diode với nguồn điện áp 9V.

Cách đo và kiểm tra IGBT trong biến tần

Quá trình kiểm tra IGBT được thực hiện theo các bước sau:

• Bước 1: Tháo IGBT trong biến tần ra khỏi thiết bị.
• Bước 2: Nối tắt hai chân Gate và Emittor, cấp điện áp khoảng 12V.
• Bước 3: Sử dụng đồng hồ vạn năng được đặt ở chế độ kiểm tra diode, đặt cực dương của que đo với chân Emittor và cực âm với chân Collector. Kiểm tra xem kim đồng hồ vạn năng chỉ đúng điện áp rơi trên diode của IGBT hay không.
• Bước 4: Thực hiện kiểm tra ngược với bước trước và quan sát kim đồng hồ vạn năng. Nếu kim chỉ bị hở mạch hoặc trạng thái điện trở vô cùng lớn, IGBT được coi là hoạt động bình thường.

Nếu khi kiểm tra IGBT trong biến tần, cả hai chiều bị ngắn mạch hoặc hở mạch, hoặc có điện trở ở cả hai chiều, điều đó cho thấy IGBT trong thiết bị đã bị hỏng. Ngoài ra, khi kiểm tra Gate Oxide bằng đồng hồ vạn năng ở chế độ điện trở và cả hai chân Emittor và Gate có điện trở lớn, IGBT trong biến tần vẫn hoạt động bình thường.

>>> Xem thêm: Các yếu tố cần thiết và một số lưu ý lựa chọn biến tần 

Ứng dụng của IGBT trong cuộc sống

Công nghệ IGBT đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của ngành điện công nghiệp. Đặc biệt, công nghệ IGBT được sử dụng trong máy hàn công nghiệp, thiết bị điện công nghiệp, mạng điện công nghiệp và bộ biến tần. Sự tiến bộ của công nghệ IGBT đã mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho các máy hàn điện tử. Máy hàn sử dụng công nghệ IGBT có khả năng tạo ra mối hàn đẹp và sáng hơn, không có xỉ, tiết kiệm năng lượng, đồng thời cung cấp dòng điện ổn định. Ngoài ra, chúng còn nhẹ nhàng và dễ sử dụng.

Ứng dụng của IGBT trong cuộc sống

IGBT được điều khiển bật và tắt theo trình tự để tạo ra xung với độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến tính được lưu trữ trong tụ điện. Bằng cách sử dụng phương pháp điều biến độ rộng xung, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự tương tự như sóng dạng sin được áp dụng trong sóng mang. Ngoài ra, trong ứng dụng biến tần, IGBT còn có vai trò quan trọng trong giảm thiểu nhiễu trong các mạng điện công nghiệp.

Qua các thông tin cơ bản về công nghệ IGBT trong biến tần được cung cấp ở trên, HG Automation hy vọng các bạn đọc đã có cái nhìn tổng quan và hiểu rõ hơn về công nghệ này, bao gồm cả những ứng dụng tiêu biểu của nó trong thực tiễn.

Bài viết liên quan: 

• Nguyên nhân và cách khắc phục lỗi biến tần thường gặp