IGBT در اینورتر چیست؟

IGBT در اینورتر چیست؟ سوالی است که تقریبا همه افرادی که با تعمیر اینورتر، نگهداری تجهیزات صنعتی یا حتی اینورترهای خانگی سر و کار دارند، حداقل یک بار آن را مطرح کرده اند.

اینورتر به عنوان قلب بسیاری از سیستم های الکترونیک قدرت، بدون وجود قطعات کلیدی مانند IGBT عملا کارایی لازم را ندارد. در عمل متوجه می شویم که عملکرد پایدار، کنترل دقیق توان و کاهش تلفات انرژی همگی به انتخاب درست IGBT وابسته هستند.

در این مقاله که به صورت محتوای بلاگی برای سایت برزین الکترونیک نوشته شده، تلاش کرده ایم به زبان ساده اما تخصصی توضیح دهیم IGBT چیست، چه نقشی در اینورتر دارد و چرا در فرآیند تعمیر اینورتر توجه ویژه ای به آن می شود.

IGBT چیست و چه کاربردی در اینورتر دارد؟

IGBT یا Insulated Gate Bipolar Transistor یک قطعه نیمه هادی قدرت است که ویژگی های ترانزیستور دو قطبی و MOSFET را در یک ساختار ترکیب می کند.

این قطعه قادر است جریان های بالا را با تلفات نسبتا کم هدایت کند و همزمان با ولتاژ کنترلی پایین تحریک شود. در اینورترها، IGBT نقش کلید الکترونیکی را دارد؛ یعنی جریان DC ورودی را با سرعت بالا قطع و وصل می کند تا موج AC با فرکانس و ولتاژ دلخواه ساخته شود.

کاربرد IGBT در اینورتر محدود به یک برند یا توان خاص نیست. از اینورترهای صنعتی با توان چند صد کیلووات گرفته تا اینورترهای خانگی و خورشیدی، همه به نوعی از IGBT استفاده می کنند.

تجربه تیم ما در برزین الکترونیک نشان می دهد که کیفیت IGBT تاثیر مستقیمی بر طول عمر اینورتر و کاهش هزینه تعمیر اینورتر دارد.

نقش IGBT در عملکرد اینورتر

اگر اینورتر را به یک سیستم تبدیل انرژی نگاه کنیم، IGBT همان قطعه ای است که فرمان ها را اجرا می کند. واحد کنترل اینورتر سیگنال های PWM را تولید می کند و این سیگنال ها به گیت IGBT اعمال می شوند.

نتیجه این فرآیند، تولید موج خروجی کنترل شده است. بدون عملکرد دقیق IGBT، ولتاژ خروجی دچار نوسان می شود یا حتی اینورتر به صورت کامل از کار می افتد.

در عمل دیده می شود که بسیاری از خطاهای اینورتر مانند اضافه جریان، اتصال کوتاه یا افزایش دما مستقیما به عملکرد نادرست IGBT مربوط هستند. به همین دلیل در فرآیند عیب یابی و تعمیر اینورتر، اولین قطعه ای که بررسی می شود معمولا IGBT است. انتخاب درست این قطعه و خنک کاری مناسب آن، راندمان کل سیستم را به شکل محسوسی افزایش می دهد.

ساختار داخلی IGBT و نحوه کار

ساختار داخلی IGBT شامل لایه های نیمه هادی P و N است که به صورت عمودی روی هم قرار دارند. گیت عایق شده آن مشابه MOSFET عمل می کند و باعث می شود کنترل جریان تنها با یک ولتاژ کوچک انجام شود.

وقتی ولتاژ گیت اعمال می شود، مسیر عبور جریان بین کلکتور و امیتر باز می شود و جریان بالایی عبور می کند.

نحوه کار IGBT به این شکل است که در حالت روشن، تلفات هدایت کمتری نسبت به MOSFET در توان های بالا دارد و در حالت خاموش، می تواند ولتاژهای بالایی را تحمل کند. همین ترکیب باعث شده IGBT گزینه ای ایده آل برای اینورترها باشد.

اگر تجربه تعمیر اینورتر داشته باشید، می دانید که خرابی ساختار داخلی IGBT معمولا با اتصال کوتاه داخلی یا نشتی جریان همراه است که تشخیص آن نیاز به ابزار و دانش تخصصی دارد.

تفاوت IGBT با MOSFET در اینورتر

در بسیاری از پروژه ها این سوال مطرح می شود که تفاوت IGBT با MOSFET چیست و کدام برای اینورتر مناسب تر است. پاسخ این سوال به توان، فرکانس و کاربرد اینورتر بستگی دارد. در جدول زیر مقایسه ای کاربردی بین این دو قطعه انجام شده است.