ترانزستور ثنائي القطبية ذو البوابة المعزولة IGBT insulated gate bipolar transistor
ترانزستور ثنائي القطبية ذو البوابة المعزولة
(IGBT) هو جهاز أشباه موصلات طاقة يستخدم في التطبيقات
التي تتطلب تبديلًا عالي السرعة للتيارات العالية. يجمع هذا الترانزستور بين أفضل ميزات
ترانزستور BJT (ترانزستور ثنائي القطب) وترانزستور MOSFET
(ترانزستور تأثير المجال بأكسيد معدني)، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات مثل محركات التيار
المتردد، ومحركات التيار المستمر، والمحولات، ومصادر الطاقة غير المنقطعة.
الشكل يوضح أن ترانزستور IGBT
يمتلك ثالث أطراف، فهو عنصر موصل يدمج مدخل ترانزستور MOSFET ذو البوابة المعزولة من النمط الناضب بخرج ترانزستور ثنائي الوصلة PNP ،ويتم ترميز األطراف كما يلي: المجمع )Collector )الباعث )Emitter )والبوابة ) Gate ،) حيث تكون النهايتان C،E متصلتان بمسار موصل أما النهاية G فتكون متصلة بنقطة التحكم.
اهمية ترانزستور IGBT
يتميز ترانزستور IGBT
( Bipolar Transistor with Isolated Gate) بأهمية كبيرة في تطبيقات إلكترونيات القدرة، خاصة
في الأنظمة التي تتطلب تحكمًا فعالًا في الطاقة عالية الجهد والتيارات العالية. فهو
يجمع بين مزايا ترانزستورات BJT و MOSFET،
مما يجعله الخيار الأمثل للعديد من التطبيقات الصناعية
بإختصار أهمية ترانزستور IGBT:
التحكم في الطاقة عالية الجهد والتيارات
العالية:
يمكن لـ IGBT التعامل مع الجهد والتيارات العالية
بكفاءة، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات مثل محركات السيارات، ومحولات الطاقة، والمعدات
الصناعية.
انخفاض الجهد في حالة التشغيل:
يتميز IGBT بانخفاض الجهد عبر الجهاز في
حالة التشغيل، مما يقلل من تبديد الطاقة ويزيد من كفاءة النظام.
سرعة التبديل:
يمكن لـ IGBT التبديل بين حالتي التشغيل والإيقاف
بسرعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الطاقة.
تنوع التطبيقات:
يستخدم IGBT في مجموعة واسعة من التطبيقات،
بما في ذلك محركات السيارات، وأنظمة الطاقة الشمسية، ومعدات شبكات الطاقة، والأجهزة
المنزلية.
تحسين كفاءة النظام:
من خلال توفير تبديل فعال للطاقة وانخفاض
الجهد في حالة التشغيل، يساهم IGBT في تحسين كفاءة الطاقة الإجمالية للنظام.
عزل البوابة:
يوفر عزل البوابة في IGBT حماية للجهاز ويحسن من موثوقيته.
فكرة عمل ترانزستور IGBT.
يستخدم هذا الترانزستور تقنية البوابة المعزولة IG Gate Insulated التي تتمتع بها ترانزستورات لها م ازيا أداء الخرج MOSFET والتي تشكل القسم األول من اسم الترانزستور IGBT مضافا 245 لترانزستورات الوصلة ثنائية القطبية التقليدية والتي تشكل القسم الثاني من اسم الترانزستور IGBT . نحصل نتيجة لذلك على ترانزستور IGBT إليها خصائص النقل يملك قدرة تبديل خرج كبيرة مضافا للترانزستورات ثنائية القطبية ويتم التحكم بجهده كما في حالة ترانزستور MOSFET.
: البنية الداخلية
1- طبقات من اشباه الموصلات من النوع P والنوعN
2- منطقتين من ثانى أكسيد السيلكون CIO2
3-طبقات من المعدن لتوصيل الأطراف
استخدامات ترانزستور IGBT
يستخدم ترانزستور IGBT (الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة) بشكل أساسي في تطبيقات إلكترونيات القدرة، وخاصةً في الدوائر التي تتطلب تحكمًا في تيارات عالية وجهود عالية. يجمع هذا الترانزستور بين مزايا كل من ترانزستور BJT و MOSFET، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات مثل دوائر العاكس (Inverters)، ومصادر الطاقة، والتحكم في المحركات الكهربائية.
استخدامات IGBT بالتفصيل:
دوائر العاكس (Inverters):
تُستخدم IGBTs في دوائر العاكس لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، وهي تطبيقات شائعة في أنظمة الطاقة الشمسية وأنظمة الطاقة غير المنقطعة (UPS).
مصادر الطاقة (Power Supplies):
تستخدم IGBTs في مصادر الطاقة ذات الوضع التبديل (SMPS) لتنظيم الجهد والتيار بكفاءة عالية.
التحكم في المحركات الكهربائية:
تُستخدم IGBTs في أنظمة التحكم في سرعة المحركات الكهربائية، مما يوفر تحكمًا دقيقًا وفعالًا في المحركات.
التسخين الحثي:
تستخدم IGBTs في تطبيقات التسخين الحثي، مثل الأفران الصناعية والأجهزة المنزلية.
الدوائر الصناعية:
تُستخدم IGBTs في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك أنظمة التحكم الآلي والآلات الصناعية.
مقارنة بـ BJT و MOSFET:
BJT (الترانزستور ثنائي القطب):
يتميز BJT بتحمل تيارات عالية، ولكنه يعاني من سرعات تبديل منخفضة نسبيًا، مما يجعله أقل كفاءة في التطبيقات عالية التردد.
MOSFET (الترانزستور تأثير المجال):
يتميز MOSFET بسرعات تبديل عالية، ولكنه قد يكون أقل قدرة على تحمل التيارات العالية وارتفاع الجهد، خاصة في التطبيقات عالية القدرة.
IGBT:
يجمع IGBT بين مزايا BJT و MOSFET، حيث يتميز بقدرة تحمل عالية للتيارات والجهود العالية وسرعة تبديل عالية نسبيًا، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات إلكترونيات القدرة المتعددة.
الخصائص الرئيسية لـ IGBT:
التحكم بالجهد:
IGBT هو جهاز
يتم التحكم فيه بالجهد، مما يعني أنه يمكن تشغيله وإيقاف تشغيله باستخدام جهد صغير
على البوابة (Gate).
التيار العالي:
يمكن لـ IGBT تحمل تيارات عالية، مما يجعله
مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب نقل طاقة كبيرة.
الجهد العالي:
يمكن لـ IGBT تحمل جهد عالٍ، مما يجعله مناسبًا
للتطبيقات ذات الجهد العالي.
سرعة التبديل:
يتميز IGBT بسرعة تبديل جيدة، مما يسمح له
بالعمل في الترددات العالية.
مقاومة التشغيل المنخفضة:
لدى IGBT مقاومة تشغيل منخفضة، مما يعني
أنه يستهلك القليل من الطاقة عندما يكون في حالة التشغيل.
أحادي الاتجاه:
يسمح IGBT بتدفق التيار في اتجاه واحد فقط
(من المجمع إلى الباعث).
مقارنة بين أنواع الترانزستورات المختلفة
تطبيقات ترانزستور IGBT
استخدام ترانزستور IGBT كمفتاح الكتروني مستقر:
تُستخدم IGBTs في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك محركات التيار المتردد، والعاكسات، وإمدادات الطاقة، وأنظمة الطاقة الشمسية، وغيرها.
فى الشكل يوضع إشارة دخل جهد موجب عبر البوابة
والباعث علي IGBT فانه يكون
في حالة
التشغيل On أما في حال غياب إشارة الدخل
فإن الت ارنزستور سيكون في حالة القطع State Off
كما هي حالة في ترانزستورات BJT
