כמעט כל אדם מודרני שמע לפחות כי נעשה שימוש נרחב בטרנזיסטורים במכשירים אלקטרוניים וחשמליים שונים. מומחים בתחום האלקטרוניקה יודעים כי טרנזיסטורים מחולקים לדו קוטבי ולשדה. ההבדל העיקרי בין השניים הוא שטרנזיסטורים דו-קוטביים מונעים על ידי זרם זה מסופק לבסיסם, ואילו השדה מסופק על ידי מתח, אשר הפוטנציאל שלו מוחל על השער של אלה אלמנטים.
יש גם סוג אחר של טרנזיסטור שפותח בסוף שנות ה -70. המאה שעברה ונקרא IGBT. מכשיר מוליך למחצה זה משלב את המאפיינים הבסיסיים של טרנזיסטור דו קוטבי וטרנזיסטור אפקט שדה: הוא דומה במבנהו למכשיר דו קוטבי, אך הוא נשלט על מתח. מאפיין מעניין זה מושג בשל העובדה כי השער כאלקטרודת בקרה נעשה מבודד.
מבנה IGBT
מנקודת מבטו של המבנה הפנימי שלו, ה- IGBT מיוצר כמבנה מרוכב והוא שילוב של טרנזיסטור אפקט שדה וטרנזיסטור דו קוטבי. החלק הדו קוטבי של המבנה משתלט על פונקציות הכוח, ואילו אלמנט השדה מיישם את פונקציות הבקרה. שמות שתי אלקטרודות מושאלים מהיסוד הדו-קוטבי: הקולט והפולט, ועל השדה - אלקטרודת הבקרה נקראת שער.
שני הבלוקים העיקריים של המבנה יוצרים שלם אחד ומחוברים זה לזה כמוצג באיור 1. מכאן נובע כי הטרנזיסטור IGBT יכול להיחשב פיתוח של מעגל דרלינגטון הידוע, המיושם משני טרנזיסטורים דו-קוטביים.
יתרונות
תכנית האינטראקציה של הבלוקים העיקריים שלה המשמשים באלמנטים של IGBT מאפשרת לבטל את אחד החסרונות העיקריים של טרנזיסטור דו-קוטבי חזק: עלייה קטנה יחסית נוֹכְחִי. לפיכך, בעת בניית אלמנטים מרכזיים, הכוח הנדרש של מעגלי הבקרה מצטמצם משמעותית.
השימוש בטרנזיסטור IGBT כחלק כוח במבנה הדו קוטבי מבטל את אפקט הרוויה, מה שמגדיל באופן ניכר את מהירות התגובה שלו. יחד עם זאת, מתח ההפעלה המקסימלי גדל ואובדן החשמל במצב פוחת. האלמנטים המתקדמים ביותר מסוג זה מחליפים זרמים של מאות אמפר, ומתח ההפעלה מגיע לכמה אלפי וולט בתדרים הפועלים עד כמה עשרות קילוהרץ.
תכנון והיקף טרנזיסטור IGBT
בתכנון שלו, כמפורט בתרשים 2, הטרנזיסטור IGBT הוא בעל עיצוב תומך מסורתי הרכבה ישירה על רדיאטור, וגם אינה דורשת שינויים בטכנולוגיית העיצוב וההתקנה של מעגלי החשמל מכשירי חשמל.
מובן מאליו שניתן לשלב מכשירי IGBT במודולים. דוגמה לאחד מהם מוצגת באיור 3.
תחומי המיקוד של יישומי IGBT הם:
- מקורות של סוג הדופק של ספק כוח עם זרם ישר;
- מערכות בקרת כונן חשמלי;
- מקורות לזרם ריתוך.
יחד עם ספקי כוח קונבנציונליים וללא הפרעה של ציוד שונה, טרנזיסטורי IGBT אטרקטיביים לתחבורה חשמלית, כי לאפשר שליטה מדויקת גבוהה במאמץ הטרקטיבי ולסלק את המטלטלות האופייניות למערכות נשלטות מכנית כאשר תְנוּעָה.