IGBT Nedir ?

IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ) Nedir?

Devre elemanı sürerken mosfet gibi, iş yaparken bipolar transistör gibi davranır.
igbt
Insulated Gate Bipolar Transistor ( İzole edilmiş kapılı, iki kutuplu transistör – IGBT) temel olarak 3 bacaklı bir yarı iletken cihazdır. 4 katmandan (P-N-P-N) oluşur ve metal oksit yarı iletken (MOS) ile kontrol edilir. Yalıtılmış transistör de denir. Daha çok güç devreleri içinde kullanılır. Bu yüzden de güç elektroniği denince akla gelen ilk elemanlardan biridir. Asıl görevi ise elektronik anahtarlamadır ve bu anahtarlama işlemini hızlı ve etkili bir şekilde gerçekleştirir.

IGBT, gerilim kontrollü bir elemandır. Kapısından geçirilen potansiyel fark ile iletime geçer.Tam kontrollü olduğundan dolayı bu gerilim ortadan kaldırıldığında otomatik olarak kesimegider ve hızlı bir eleman olmasını sağlar. Simgesi ise transistör simgesinin çift çizgilihalidir.
Kayıpları oldukça az miktardadır ancak ekonomik açıdan pahalı olduğu için daha çok özeluygulamalarda, büyük ve hassas devrelerde kullanılır. Örneğin Formula G araçlarında avuç büyüklüğünde IGBT elemanları kullanılmıştır. IGBT pazarında bilinen üreticiler ise Microsemi Fairchild ve Ixys firmalarıdır.

IGBT için elektrik gücüne birçok uygulama bünyesinde anahtarlama yapan bir araç dersek yanlış olmaz. Bu uygulamalara örnek vermek gerekirse;
♦ Değişken Frekans Sürücü Devreleri ( Variable Frequency Drives – VFD)
Elektrikli Otomobiller 
Raylı Taşıma Sistemi Elektriği 
♦ Değişken Hıza Sahip Soğutucu Elektroniği
♦ Klimalar
♦ Kuvvetlendiricili Anahtarlamaya Sahip Stereo Sistemler
İzolasyon için kullanılan malzeme ise tipik olarak katı polimerlerden yapılıyor ancak bu malzemenin bozulması gibi bir sorun ile karşı karşıya olan mühendisler şu sıralar izolasyon için yeni bir malzeme arayışı içindeler.
IGBT’nin Görevleri Nedir? Nerelerde Kullanılır? 
IGBT, çok hızlı açılıp kapanma amacına hizmet ettiği için yükseltici (amplifier) devrelerdeçok sık karşımıza çıkar. Özellikle karmaşık dalga şekillerini PWM (Pulse Width Modulation – Sinyal Genişlik Modülasyonu) tekniği ve düşük geçirgen filtreler yardımıyla sentezleme kabiliyetine sahiptir.
IGBT, MOSFET’in kapı-sürücü karakteristiklerini ve BJT tipi (Bipolar) transistörün de yüksek akım – düşük voltaj doyum kapasitesini bünyesinde birleştirir. Giriş değerlerini kontrol etmek için FET tipi transistörün izolasyonlu kapısını kullanırken, anahtarlama için de bipolargüç transistörünün yeteneklerini kullanır.

IGBT, anahtarlamalı güç kaynakları, çekiş kontrollü motorlar, indüksiyon ısıtma gibi orta ve yüksek güç uygulamalarında kullanılabilir. Büyük IGBT modülleri, paralel olarak birçok cihazı bünyesinde barındırabilir ve bu esnada yüksek akım kontrolü gibi kabiliyetleri görülebilir.

2. ve 3. jenerasyon IGBT modülleri, yüksek güçlü sinyal yaratma kapasitelerinden dolayıpartikül ve plazma fiziğinde sık sık kullanılıyor. Sinyal kalitesi ve rakiplerine göre kısmen daha düşük fiyatı ise bir diğer avantajı olarak sayılabilir. Asenkron motorlarda da karşımıza en çok çıkan elemanlardan biridir IGBT.

Özellikle günümüzde elektrikli otomobiller ve hibrid otomobiller için IGBT, vazgeçilmez bir araç. Güç elektroniği devrelerinde kullanılarak birçok görevi üstlenen IGBT, bu yeni nesil otomobil teknolojisinin gelişmesinde büyük katkıya sahip.

IGBT’nin Tarihçesi

İlk IGBT, Yamagami isimli bir Japon tarafından 1968 yılında görüldü. MOSFET temellerine dayanan cihaz, bipolar olmadığı için IGT olarak kayıtlara geçti. 1978 yılında ise Plummerisimli bir Kanada vatandaşı bugünkü IGBT’nin temellerini atan ve daha sonradan 1. nesil IGBT olarak kayıtlara geçecek olan cihazı geliştirdi. Hans W. Becke ve Carl F. Wheatley ise çok benzer bir IGBT modülünü 1980 yılında geliştirdiklerini duyurdu.

Aslında yeni bir buluş olarak sayılan IGBT’nin ilk jenerasyonu 1980’li yıllarda görüldü. 1982yılında yüksek akımlara dayanabilen bir IGBT modeli Hindistan’da bulunan Baliga isimli bir bilim adamı tarafından geliştirildi. 1983 yılında IGBT’nin anahtarlama hızı çeşitli geliştirmelerle arttırıldı.

B. Jayant Baliga

1984 yılında 1200V’luk bir IGBT daha geliştirildi ve bu icat Japonyada A. Nakagawatarafından gerçekleştirildi. 1985 yılında yine Baliga, ısıya dayanıklı bir IGBT modeli daha geliştirdi. Aynı yıl içerisinde bu IGBT’nin bu 2 modeli de Toshiba tarafından ticarete döküldü.1990’lı yıllarda üretilen yeni IGBT modelleri ise anahtarlama görevinde yavaş kalıyorlardı. Akım akarken kapanmama gibi sorunları da mevcuttu. Üstüne yüksek akımlarda ısınma ve yanma gibi çeşitli hatalar da eklenince yeni bir tasarım olarak günümüzdeki tasarımın temelleri atılmış oldu.


2. jenerasyon IGBT ise çok daha ileri seviyeye getirilmişti ve 3. jenerasyon ise daha da stabil bir halde görüldü. Hız konusunda MOSFET ile yarışmaya başlayan IGBT, sağladığı büyük tolerans ve sağlamlık sayesinde birçok kişinin beğenisini kazandı.

Güç MOSFET’leri ile IGBT Karşılaştırması

IGBT, MOSFET’e göre düşük ileri gerilim düşümüne sahiptir. Gerilim değerini engelleme kabiliyeti her iki cihaz için de hemen hemen aynı olmakla birlikte, IGBT bünyesinde bulunanek P-N bloğu ile ters akımı engelleyebiliyor. MOSFET için ise böyle bir durum söz konusu değil.

IGBT Karakteristiği

Eğer IGBT üzerine ters gerilim uygulanmak isteniyorsa devre üzerinde IGBT’nin önüne diyotserisi kullanmak şart. Ayrıca MOSFET’e kıyasla IGBT, anahtarlama kaybı ve hızı bakımından biraz daha geride denilebilir.MOSFET üzerindeki gerilim düşümünü daha çok direnç üzerindeki gerilim düşümü gibi düşünebiliriz ancak IGBT üzerindeki gerilim düşümü daha çok diyot üzerindeki bir gerilim düşümüne benzetilebilir. Ayrıca, MOSFET’in iç direnci düşük voltajlarda IGBT’ye göre daha azdır.

IGBT Eşdeğer Devresi

Bu iki eleman arasında tercih ise bloke gerilim değeri, ters akım kapasitesi ve farklı anahtarlama karakteristiklerinden dolayı tamamen kullanıcıya bağlıdır. Genel olarak yüksek voltaj, yüksek akım ve düşük anahtarlama frekansı gibi değerler için IGBT, düşük voltaj, düşük akım ve yüksek anahtarlama frekansı gibi değerler için ise MOSFET tercih edilmelidir.Çeşitli IGBT Modelleri ve Özellikleri 

1) IGBT ve serbest dolaşım diyotlarından oluşan bir IGBT modülü. 1200A ve 3300Vdeğerlerine kadar dayanabiliyor.

2) H-köprüsü denilen yöntemle bağlanmış 4’lü IGBT modülünün iç yapısı. 400A ve 600Vdeğerlerine kadar dayanabiliyor.

3) Küçük IGBT örneklerinden biri. 30A ve 900V değerlerine kadar dayanabiliyor.

4) Powerex CM600DU-24NFH modeli bir IGBT modülü. Kalıplarının ve serbest dolaşım diyotlarının gözlenmesi amacıyla içi açılmış durumda.

IGBT Karşılaştırma Tablosu

Cihaz
Karakteristik
Güç
Bipolar
Güç
MOSFET
IGBT
Gerilim Oylama Yüksek <1kV Yüksek <1kV Çok Yüksek> 1kV
Current Rating Yüksek <500A Düşük <200A Yüksek> 500A
Giriş Sürücü Güncel
20-200 saat FE
Gerilim
V GS 3-10V
Gerilim
V GE 4-8V
Giriş Empedansı Düşük Yüksek Yüksek
Çıkış Empedansı Düşük Orta Düşük
Anahtarlama Hız Yavaş (uS) Hızlı (nS) Orta
Maliyet Düşük Orta Yüksek

Benzer Yazılar

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.)

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

MOSFET ve IGBT

Power mosfet yani güç mosfetleri, SMPS lerde en çok kullanılan anahtarlama elemanlarıdır. BJT transistörleri anlatmama …

Bir cevap yazın