IGBT là gì?
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là linh kiện bán dẫn công suất kết hợp ưu điểm của MOSFET (điều khiển điện áp, trở kháng vào cao, tốc độ đóng mở) với ưu điểm của BJT (khả năng dẫn dòng lớn ở điện áp cao). Ba cực: Gate (G), Collector (C), Emitter (E) — tương tự MOSFET nhưng tên cực Drain → Collector.
Cấu trúc và nguyên lý
IGBT = MOSFET kênh N lái transistor PNP. Khi V_ge vượt ngưỡng (~5–6 V), kênh N hình thành, cấp dòng base cho PNP → PNP dẫn mạnh theo cơ chế lưỡng cực (minority carrier injection). Kết quả: V_ce(sat) thấp hơn MOSFET thuần túy ở cùng dòng lớn, vì có cả electron lẫn lỗ trống tham gia dẫn điện. Nhược điểm: tail current khi tắt (lỗ trống thoát chậm) → tốc độ chậm hơn MOSFET.
Thông số điển hình
| Mã IGBT | V_ces | I_C | V_ce(sat) | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| G4PC50W (IRG4PC50W) | 600 V | 55 A | 1,95 V | Biến tần 3 pha, UPS 3–10 kVA |
| FGA25N120 | 1200 V | 25 A | 2,2 V | Biến tần điện áp cao, solar inverter |
| GT50J325 | 1200 V | 50 A | 1,75 V | Biến tần công nghiệp trung bình |
| CM300DY-24NF | 1200 V | 300 A | 1,7 V | Module biến tần công nghiệp lớn |
| SKM400GB126D | 1200 V | 400 A | 1,6 V | Biến tần 200+ kW, tàu điện |
Biến tần 3 pha — 6 IGBT bridge
Biến tần 3 pha dùng 6 IGBT tạo thành 3 cặp H-bridge (upper + lower arm × 3 pha). MCU/DSP phát tín hiệu SVPWM (Space Vector PWM) điều khiển 6 IGBT theo trình tự để tạo ra điện áp 3 pha tần số thay đổi từ DC bus. Tần số chuyển mạch điển hình: 2–16 kHz. Mỗi IGBT đi kèm diode ngược (FWD — Free Wheeling Diode) bên trong module để dẫn dòng cảm ứng của motor.
Bảo vệ IGBT trong biến tần
- DESAT (Desaturation protection): phát hiện V_ce tăng bất thường khi ngắn mạch, ngắt gate trong <2 µs.
- Soft turn-off: khi phát hiện lỗi, gate không tắt đột ngột mà giảm dần qua điện trở gate lớn để tránh overvoltage spike.
- Nhiệt độ: NTC thermistor tích hợp trong module. T_j(max) thường 150–175 °C. Tản nhiệt bắt buộc.