Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT adalah transistor sakelar daya yang menggabungkan keunggulan MOSFET dan BJT untuk digunakan dalam catu daya dan rangkaian kontrol motor.
Insulated Gate Bipolar Transistor juga disebut IGBT, adalah sesuatu dari persilangan antara konvensional Transistor BJT dan Transistor FET, MOSFET sehingga ideal sebagai perangkat semikonduktor sakelar.
IGBT Transistor mengambil bagian terbaik dari kedua jenis Transistor umum, impedansi input yang tinggi dan kecepatan sakelar yang tinggi dari MOSFET dengan tegangan saturasi rendah dari transistor bipolar, dan menggabungkan mereka bersama-sama untuk menghasilkan jenis lain dari perangkat sakelar transistor yang mampu menangani arus collector-emitter besar dengan hampir nol gerbang arus drive.
Insulated Gate Bipolar Transistor, (IGBT) menggabungkan gerbang terisolasi (seperti bagian pertama dari namanya) teknologi MOSFET dengan karakteristik kinerja output transistor bipolar konvensional, (seperti bagian kedua dari namanya).
Hasil dari kombinasi hybrid ini adalah “IGBT Transistor” memiliki karakteristik sakelar dan konduksi output dari transistor bipolar tetapi dikontrol tegangan seperti MOSFET.
IGBT Transistor terutama difungsikan dalam aplikasi elektronika daya, misalnya seperti inverter, konverter, dan power supply, sedangkan permintaan perangkat seperti sakelar solid state tidak sepenuhnya dipenuhi oleh Transistor Bipolar daya dan MOSFET daya.
Tersedia bipolar arus tinggi dan tegangan tinggi, tetapi kecepatan sakelar nya lambat, sedangkan MOSFET daya mungkin memiliki kecepatan sakelar yang lebih tinggi, tetapi perangkat tegangan tinggi dan arus tinggi mahal dan sulit dicapai.
Kelebihan atau Keuntungan yang didapat dari perangkat IGBT transistor atas BJT atau MOSFET adalah bahwa ia menawarkan gain daya yang lebih besar daripada transistor tipe bipolar standar yang dikombinasikan dengan operasi tegangan yang lebih tinggi dan dengan kerugian input yang lebih rendah dari MOSFET. Efeknya adalah FET yang terintegrasi dengan transistor bipolar dalam bentuk konfigurasi tipe Darlington seperti yang ditunjukkan.
Kita dapat melihat bahwa transistor bipolar gerbang berinsulasi adalah perangkat tiga terminal, transkonduktansi yang menggabungkan input MOSFET gerbang N-channel terisolasi dengan output transistor PNP yang terhubung dalam jenis konfigurasi Darlington.
Akibatnya terminal diberi label sebagai: Collector, Emitter dan Gate (Gerbang). Dua terminalnya ( C-E ) dikaitkan dengan jalur konduktansi yang melewati arus, sedangkan terminal ketiga ( G ) mengontrol perangkat.
Jumlah amplifikasi yang dicapai oleh transistor bipolar gerbang terisolasi adalah rasio antara sinyal output dan sinyal inputnya. Untuk transistor persimpangan bipolar konvensional, (BJT) jumlah gain kira-kira sama dengan rasio arus output terhadap arus input, yang disebut Beta.
Untuk transistor efek medan semikonduktor oksida logam atau MOSFET, tidak ada arus input karena gerbang diisolasi dari channel pembawa arus utama. Oleh karena itu, gain FET sama dengan rasio perubahan arus output terhadap perubahan tegangan input, menjadikannya perangkat transkonduktansi dan ini juga berlaku untuk IGBT. Kemudian kita dapat memperlakukan IGBT sebagai power BJT yang arus basisnya disediakan oleh MOSFET.
IGBT Transistor dapat digunakan dalam rangkaian Penguat Sinyal Kecil dalam banyak cara yang sama seperti BJT atau jenis MOSFET transistor. Tetapi karena IGBT menggabungkan kehilangan konduksi yang rendah dari BJT dengan kecepatan sakelar yang tinggi pada MOSFET, ada sakelar solid state yang optimal yang ideal untuk digunakan dalam aplikasi elektronik daya.
Selain itu, IGBT memiliki resistansi "on-state" yang jauh lebih rendah, RON daripada MOSFET yang setara. Ini berarti bahwa penurunan I2R melintasi struktur output bipolar untuk arus sakelar yang diberikan jauh lebih rendah. Operasi pemblokiran maju transistor IGBT identik dengan MOSFET daya (power).
Ketika digunakan sebagai sakelar kendali statis, transistor bipolar gerbang berinsulasi memiliki tegangan dan peringkat arus yang serupa dengan transistor bipolar. Namun, kehadiran gerbang terisolasi di IGBT membuatnya lebih mudah untuk dijalankan daripada BJT karena daya drive jauh lebih sedikit.
Transistor IGBT hanya dinyalakan "ON" atau "OFF" dengan mengaktifkan dan menonaktifkan terminal Gerbang-nya. Dengan menerapkan tegangan sinyal input positif yang melintasi Gerbang dan Emitter ini akan menjaga perangkat dalam keadaan "ON", sementara itu membuat sinyal gerbang input nol atau sedikit negatif akan membuatnya mematikan "OFF" dengan cara yang sama seperti pada transistor bipolar atau eMOSFET. Keuntungan lain dari IGBT adalah ia memiliki resistansi channel on-state yang jauh lebih rendah daripada MOSFET standar.
Karena IGBT adalah perangkat yang dikontrol-tegangan, ia hanya memerlukan tegangan kecil pada Gerbang untuk mempertahankan konduksi melalui perangkat tidak seperti transistor bipolar yang mengharuskan arus Base terus menerus di-supply dalam jumlah yang cukup untuk menjaga saturasi.
Juga IGBT adalah perangkat searah, yang berarti ia hanya dapat mengalihkan arus dalam "arah maju", yaitu dari collector ke emitter tidak seperti MOSFET yang memiliki kemampuan sakelar arus bi-directional (dikontrol dalam arah maju dan tidak terkendali dalam arah sebaliknya).
Prinsip operasi dan rangkaian Gerbang drive untuk IGBT transistor sangat mirip dengan MOSFET daya channel-N. Perbedaan mendasar adalah bahwa resistansi yang ditawarkan oleh channel konduktor utama ketika arus mengalir melalui perangkat dalam keadaan "ON" -nya sangat jauh lebih kecil di IGBT. Karena itu, peringkat arus jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan MOSFET daya yang setara.
Keuntungan utama menggunakan IGBT Transistor dibandingkan jenis perangkat transistor lainnya adalah kemampuan tegangan tinggi, resistansi ON rendah, kemudahan drive, kecepatan sakelar yang relatif cepat, dan dikombinasikan dengan arus gerbang nol drive menjadikannya pilihan yang baik untuk kecepatan moderat, aplikasi bertegangan tinggi seperti modulasi lebar-pulsa (PWM), kontrol kecepatan variabel, catu daya mode sakelar atau inverter DC-AC bertenaga surya dan aplikasi konverter frekuensi yang beroperasi dalam kisaran ratusan kilohertz.
Perbandingan umum antara Transistor bipolar (BJT), MOSFET dan IGBT diberikan dalam tabel berikut.
Kita telah melihat bahwa IGBT Transistor diatas adalah perangkat sakelar semikonduktor yang memiliki karakteristik output dari transistor persimpangan bipolar, BJT, tetapi dikendalikan seperti transistor efek medan oksida logam, MOSFET.
Salah satu keuntungan utama dari transistor IGBT adalah kesederhanaan yang dengannya ia dapat digerakkan "ON" dengan menerapkan tegangan gerbang positif, atau beralih "OFF" dengan membuat sinyal gerbang nol atau sedikit negatif yang memungkinkan untuk digunakan dalam berbagai beralih aplikasi. Itu juga dapat didorong di wilayah aktif liniernya untuk digunakan dalam penguat daya (power amplifier).
Dengan resistansi on-state yang lebih rendah dan kerugian konduksi serta kemampuannya untuk mengganti tegangan tinggi pada frekuensi tinggi tanpa kerusakan menjadikan IGBT Transistor ideal untuk menggerakkan beban induktif seperti gulungan Coil, Elektromagnet, dan Motor DC.
Insulated Gate Bipolar Transistor juga disebut IGBT, adalah sesuatu dari persilangan antara konvensional Transistor BJT dan Transistor FET, MOSFET sehingga ideal sebagai perangkat semikonduktor sakelar.
IGBT Transistor mengambil bagian terbaik dari kedua jenis Transistor umum, impedansi input yang tinggi dan kecepatan sakelar yang tinggi dari MOSFET dengan tegangan saturasi rendah dari transistor bipolar, dan menggabungkan mereka bersama-sama untuk menghasilkan jenis lain dari perangkat sakelar transistor yang mampu menangani arus collector-emitter besar dengan hampir nol gerbang arus drive.
Insulated Gate Bipolar Transistor, (IGBT) menggabungkan gerbang terisolasi (seperti bagian pertama dari namanya) teknologi MOSFET dengan karakteristik kinerja output transistor bipolar konvensional, (seperti bagian kedua dari namanya).
IGBT Transistor terutama difungsikan dalam aplikasi elektronika daya, misalnya seperti inverter, konverter, dan power supply, sedangkan permintaan perangkat seperti sakelar solid state tidak sepenuhnya dipenuhi oleh Transistor Bipolar daya dan MOSFET daya.
Tersedia bipolar arus tinggi dan tegangan tinggi, tetapi kecepatan sakelar nya lambat, sedangkan MOSFET daya mungkin memiliki kecepatan sakelar yang lebih tinggi, tetapi perangkat tegangan tinggi dan arus tinggi mahal dan sulit dicapai.
Kelebihan atau Keuntungan yang didapat dari perangkat IGBT transistor atas BJT atau MOSFET adalah bahwa ia menawarkan gain daya yang lebih besar daripada transistor tipe bipolar standar yang dikombinasikan dengan operasi tegangan yang lebih tinggi dan dengan kerugian input yang lebih rendah dari MOSFET. Efeknya adalah FET yang terintegrasi dengan transistor bipolar dalam bentuk konfigurasi tipe Darlington seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Transistor IGBT
Kita dapat melihat bahwa transistor bipolar gerbang berinsulasi adalah perangkat tiga terminal, transkonduktansi yang menggabungkan input MOSFET gerbang N-channel terisolasi dengan output transistor PNP yang terhubung dalam jenis konfigurasi Darlington.
Akibatnya terminal diberi label sebagai: Collector, Emitter dan Gate (Gerbang). Dua terminalnya ( C-E ) dikaitkan dengan jalur konduktansi yang melewati arus, sedangkan terminal ketiga ( G ) mengontrol perangkat.
Jumlah amplifikasi yang dicapai oleh transistor bipolar gerbang terisolasi adalah rasio antara sinyal output dan sinyal inputnya. Untuk transistor persimpangan bipolar konvensional, (BJT) jumlah gain kira-kira sama dengan rasio arus output terhadap arus input, yang disebut Beta.
Untuk transistor efek medan semikonduktor oksida logam atau MOSFET, tidak ada arus input karena gerbang diisolasi dari channel pembawa arus utama. Oleh karena itu, gain FET sama dengan rasio perubahan arus output terhadap perubahan tegangan input, menjadikannya perangkat transkonduktansi dan ini juga berlaku untuk IGBT. Kemudian kita dapat memperlakukan IGBT sebagai power BJT yang arus basisnya disediakan oleh MOSFET.
IGBT Transistor dapat digunakan dalam rangkaian Penguat Sinyal Kecil dalam banyak cara yang sama seperti BJT atau jenis MOSFET transistor. Tetapi karena IGBT menggabungkan kehilangan konduksi yang rendah dari BJT dengan kecepatan sakelar yang tinggi pada MOSFET, ada sakelar solid state yang optimal yang ideal untuk digunakan dalam aplikasi elektronik daya.
Selain itu, IGBT memiliki resistansi "on-state" yang jauh lebih rendah, RON daripada MOSFET yang setara. Ini berarti bahwa penurunan I2R melintasi struktur output bipolar untuk arus sakelar yang diberikan jauh lebih rendah. Operasi pemblokiran maju transistor IGBT identik dengan MOSFET daya (power).
Ketika digunakan sebagai sakelar kendali statis, transistor bipolar gerbang berinsulasi memiliki tegangan dan peringkat arus yang serupa dengan transistor bipolar. Namun, kehadiran gerbang terisolasi di IGBT membuatnya lebih mudah untuk dijalankan daripada BJT karena daya drive jauh lebih sedikit.
Transistor IGBT hanya dinyalakan "ON" atau "OFF" dengan mengaktifkan dan menonaktifkan terminal Gerbang-nya. Dengan menerapkan tegangan sinyal input positif yang melintasi Gerbang dan Emitter ini akan menjaga perangkat dalam keadaan "ON", sementara itu membuat sinyal gerbang input nol atau sedikit negatif akan membuatnya mematikan "OFF" dengan cara yang sama seperti pada transistor bipolar atau eMOSFET. Keuntungan lain dari IGBT adalah ia memiliki resistansi channel on-state yang jauh lebih rendah daripada MOSFET standar.
Karakteristik Rangkaian IGBT Transistor
Karena IGBT adalah perangkat yang dikontrol-tegangan, ia hanya memerlukan tegangan kecil pada Gerbang untuk mempertahankan konduksi melalui perangkat tidak seperti transistor bipolar yang mengharuskan arus Base terus menerus di-supply dalam jumlah yang cukup untuk menjaga saturasi.
Juga IGBT adalah perangkat searah, yang berarti ia hanya dapat mengalihkan arus dalam "arah maju", yaitu dari collector ke emitter tidak seperti MOSFET yang memiliki kemampuan sakelar arus bi-directional (dikontrol dalam arah maju dan tidak terkendali dalam arah sebaliknya).
Prinsip operasi dan rangkaian Gerbang drive untuk IGBT transistor sangat mirip dengan MOSFET daya channel-N. Perbedaan mendasar adalah bahwa resistansi yang ditawarkan oleh channel konduktor utama ketika arus mengalir melalui perangkat dalam keadaan "ON" -nya sangat jauh lebih kecil di IGBT. Karena itu, peringkat arus jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan MOSFET daya yang setara.
Keuntungan utama menggunakan IGBT Transistor dibandingkan jenis perangkat transistor lainnya adalah kemampuan tegangan tinggi, resistansi ON rendah, kemudahan drive, kecepatan sakelar yang relatif cepat, dan dikombinasikan dengan arus gerbang nol drive menjadikannya pilihan yang baik untuk kecepatan moderat, aplikasi bertegangan tinggi seperti modulasi lebar-pulsa (PWM), kontrol kecepatan variabel, catu daya mode sakelar atau inverter DC-AC bertenaga surya dan aplikasi konverter frekuensi yang beroperasi dalam kisaran ratusan kilohertz.
Perbandingan umum antara Transistor bipolar (BJT), MOSFET dan IGBT diberikan dalam tabel berikut.
Tabel Perbandingan IGBT Transistor
Karakteristik Perangkat
|
Power Bipolar
|
Power MOSFET
|
IGBT
|
Tingkat Tegangan
|
Tinggi <1kV
|
Tinggi <1kV
|
Sangat Tinggi> 1kV
|
Tingkat
Arus
|
Tinggi <500A
|
Rendah <200A
|
Tinggi> 500A
|
Input Drive
|
Arus, hFE
20-200
|
Tegangan, VGS
3-10V
|
Tegangan, VGE
4-8V
|
Impedansi Input
|
Rendah
|
Tinggi
|
Tinggi
|
Impedansi Output
|
Rendah
|
Medium
|
Rendah
|
Kecepatan Beralih
|
Lambat (uS)
|
Cepat (nS)
|
Medium
|
Biaya
|
Rendah
|
Medium
|
Tinggi
|
Salah satu keuntungan utama dari transistor IGBT adalah kesederhanaan yang dengannya ia dapat digerakkan "ON" dengan menerapkan tegangan gerbang positif, atau beralih "OFF" dengan membuat sinyal gerbang nol atau sedikit negatif yang memungkinkan untuk digunakan dalam berbagai beralih aplikasi. Itu juga dapat didorong di wilayah aktif liniernya untuk digunakan dalam penguat daya (power amplifier).
Dengan resistansi on-state yang lebih rendah dan kerugian konduksi serta kemampuannya untuk mengganti tegangan tinggi pada frekuensi tinggi tanpa kerusakan menjadikan IGBT Transistor ideal untuk menggerakkan beban induktif seperti gulungan Coil, Elektromagnet, dan Motor DC.