IGBT Nedir? Ne İşe Yarar? Nasıl Çalışır?

Bu yazımızda IGBT anahtarlama elemanını inceleyeceğiz. IGBT ifadesi İngilizce Insulated Gate Bipolar Transistor kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur. Elektronik devre gerilim kontrollü anahtarlama elemanı, Yalıtılmış Kapılı Transistör, İzole Kapılı Bipolar Transistörler olarak da adlandırılmaktadırlar. Günümüzde güç elektroniği uygulamalarında en fazla kullanılan elemanlardan birisi olan IGBT, transistör (BJT) ile E-Mosfet karışımı özel bir elemandır. IGBT baz akımı olmayan veya mosfet ile sürülen bir BJT gibi düşünülebilir.

BJT’nin iyi tarafı iletim iç direncinin dolayısıyla da iletim kayıplarının düşük olmasıdır. Kötü tarafı ise anahtarlanma süresinin uzun olması dolayısıyla da anahtarlama kayıplarının yüksek olmasıdır. E-Mosfet’lerde ise BJT’ye göre tam tersi durum söz konusudur. Yani Mosfet’in kötü tarafı, iletim iç direncinin yüksek dolayısıyla da iletim kayıpları transistöre göre daha fazla olmasıdır. İyi tarafı ise anahtarlanma süresinin düşük, dolayısıyla da anahtarlama kayıplarının transistöre göre daha az olmasıdır. Buradan her iki elemanın iyi özellikleri alınarak yeni bir eleman geliştirilmiştir. Bu eleman girişi mosfet gibi yapılandırılmış çıkışı ise transistör gibi yapılandırılmış olan IGBT’dir. IGBT’ler kontrol sırasında mosfet gibi çalışma sırasında ise transistör gibi davranan ve sadece anahtar olarak kullanılan elemanlardır.

Yüksek güç sistemleri, anahtarlama akımın 100–1000 A arasında olduğu, gerilimin DC 1000 V değerlerine ulaştığı sistemlerdir. Burada IGBT modülleri kullanılır. Hızlı açma-kapama, hızlı anahtarlama zorlu dinamik durumlara neden olur. IGBT modülleri içeren kontrol sistemleri çalışma esnasında iletim ve anahtarlama kayıplarına sahiptir. Bu kayıplar sebebiyle üretilen ısı, modül içersindeki çiplerden çevreye bir soğutma bloğu ile aktarılmalıdır.

IGBT Nasıl Çalışır? Nerelerde Kullanılır?

IGBT yapısı, giriş terminalleri arasına N-Kanal E-Mosfet bağlanmış bir PNP transistör gibidir. Bu sayede Mosfet gibi hızlı anahtarlanan, transistör (BJT) gibi iletim iç direnci düşük olan yeni bir eleman oluşturulmuştur. Çalışması bir MOSFET ten çok BJT ye benzer. IGBT ler BJT ve MOSFET in avantajlarını üzerinde taşır. Bir IGBT, MOSFET gibi yüksek giriş empedansına sahiptir. Transistörün yüksek olan eğiminden yararlanmak amacı ile üretilmiştir. Bu nedenle BJT gibi düşük iletim kayıplarına sahiptir. Dahası BJT gibi sağlam bir elemandır. IGBT ler de  MOSFET ler gibi gerilim kontrollü çalışırlar. IGBT ler bu avantajlarından ötürü kullanım alanı bulmaktadırlar. Ancak IGBT MOSFET e kıyasla dezavantaja da sahiptir. Anahtarlama hızı açısından, bir IGBT bir MOSFET ten daha yavaştır.

Güç elektroniği uygulamalarında daha çok DC DC dönüştürücü (DC kıyıcı) ve DC-AC dönüştürücü (İnvertör) devrelerinde tercih edilen IGBT’ler, çok düşük frekanslardan (1-2Hz), orta frekanslara (20kHz) kadar kontrollü anahtar olarak kullanılabilmekte olup, 1200V- 400A seviyelerine kadar olan versiyonları bulunmaktadır.

IGBT’ler, tıpkı E-Mosfet’ler gibi gerilim kontrollü bir yarıiletken anahtardır ve kontrolünde E-Mosfet prosedürü uygulanır. Kullanılan gerilim akım değerleri bakımından IGBT’ler 2500V gerilim değerlerine kadar 1000A akım değerlerini anahtarlayabilmektedirler. IGBT’ler, MOSFET’lere göre daha geniş bir gerilim akım alanında kullanılabilirler.

Okuyabilirsiniz: MOSFET Nedir? Nasıl Çalışır?

IGBT’nin Karakteristik Eğrisi

Şekil de IGBT’nin temel karakteristik eğrilerinden olan akım-gerilim (ICVCE) eğrisi (çıkış karakteristik eğrisi) görülmektedir. Karakteristik eğriden görüldüğü gibi diyot, doğru yönde 0,7V’dan sonra kendiliğinden iletime geçerken, IGBT ancak Vmax gerilimine ulaşıldığında kendiliğinden iletime geçmektedir. Bu şekilde iletime geçme istenmeyen bir durumdur.

IGBT’nin doğru yönde de normal olarak iletime geçebilmesi için uyarı verilmesi, yalıtıma geçirilebilmesi içinse uyarının çekilmesi gerekmektedir. Ters yönde ise IGBT asla çalışamaz, yani IGBT’nin ters gerilim blokaj kabiliyeti yoktur. Ters gerilim verildiğinde IGBT blokaj yapamayarak yanar.

Bu durumda IGBT’nin, doğru yönlü (C+, E-) gerilimde, uyarılmaz ise blokaj yapan, tam uyarıldığı taktirde ise tam iletime geçen, doğru yönlü gerilim altında iletimi ve yalıtımı kontrol edilebilen, Ters yönlü (C-, E+) gerilimde ise asla çalışamayan, çalıştırıldığı taktirde bozulan, tek (+) yönlü akım akıtan bir yarıiletken güç anahtarı olduğu görülmektedir. IGBT, bu özellikleriyle DC’de çalıştırılmak için uygun bir anahtar durumundadır.

IGBT Nedir? Ne İşe Yarar? Nasıl Çalışır?” için 3 yorum

  • 19 Nisan 2018 tarihinde, saat 12:59
    Permalink

    Gördüğüm en faydalı site. Teşekkürler

    Yanıtla
    • TeknolojiProjeleri.com
      19 Nisan 2018 tarihinde, saat 15:28
      Permalink

      Düşünceniz için biz de teşekkür ederiz. İyi günler dileriz Fatih Mehmet Bey.

      Yanıtla
  • 1 Ekim 2018 tarihinde, saat 14:13
    Permalink

    bilgiler için teşekkür az gelir benim bir kaç sorum olacak diyotsuz ıgbt yerine diyotlu kullanmak sakıncalımıdır saygılar

    Yanıtla

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

IGBT Nedir? Ne İşe Yarar? Nasıl Çalışır?

3