IGBT, genellikle güç elektroniği devrelerinde kullanılan ve 3-bacağa sahip gerilim kontrollü bir anahtarlama elemanı olarak tanımlanabilir. IGBT, BJT (Bipolar Transistör) ve E-MOSFET (Metal Oksitli Fet Transistör) transistörlerinin olumlu yönlerinin birleştirilmesi ile oluşturulmuştur.
IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor kelimelerinin ilk harfleri ile bu adı almıştır. Türkçe olarak:
- Geyti İzole Edilmiş Bipolar Transistör,
- İzole Kapılı Bipolar Transistör olarak çeşitli isimlendirmeleri vardır.
IGBT bacakları; Kollektör, Gate, Emiter olarak isimlendirilir.
IGBT Yapısı
IGBT, BJT (Bipolar Transistör) ve E-MOSFET (Metal Oksitli Fet Transistör) transistörlerinin olumlu yönlerinin bir araya getirilmesi ile oluşturulmuştur. Yani MOSFET gibi iletime geçirip, BJT gibi üzerinden akım geçiren elemandır. İletimin gerçekleştiği kısmın BJT yapısı ve uyarımın gerçekleştiği kısmın bir MOSFET yapısıdır. Aşağıdaki görselde IGBT iç yapısına baktığımızda bu görülmektedir.
IGBT Nasıl Çalışır?
IGBT gerilim kontrollü bir devre elemanıdır. IGBT, Gate (Kapı) ucuna herhangi bir gerilim uygulanmadığı takdirde kollektör-emiter arası yalıtım durumdadır. IGBT iletime geçirilmek istendiğinde Gate (Kapı) ucuna uygulanan gerilim ile IGBT iletime geçer ve kollektör-emiter arası iletime geçmiş olur. Dikkat edilmesi gereken husus IGBT’nin yalnızca iletim-yalıtım olarak 2 durumu olmadığıdır. Ayrıca IGBT çalışmasında yarı iletim durumu da mevcuttur. Bundan dolayı güç elektroniği durumlarında IGBT için tam iletken durumu gerilimine dikkat edilmelidir.
IGBT Özellikleri
- Yapısında bulunan BJT nedeniyle iletim durumundaki gerilim düşümü azdır. Ayrıca yapısında bulunan MOSFET nedeniyle giriş empedansları yüksektir.
- IGBT anahtarlama hızı BJT’den yüksek durumda fakat MOSFET’ten düşük durumdadır.
- IGBT ve MOSFET yapısı arasındaki fark, Drain ucundaki “N” tabakasının yerine Kollektör ucundaki “P” tabakasının olmasıdır.
- IGBT, BJT ve MOSFET’e göre daha yüksek bir akım yoğunluğuna sahiptir. Aynı anma değerlerine sahip MOSFET’e göre boyutları % 30 oranındadır. Ayrıca MOSFET’e göre giriş empedansı çok düşüktür.
- Kontrolü MOSFET transistöre benzer. Gerilim farkı ile sürüldüğünden kontrol sırasında güç kaybı düşüktür. Kontrol edilen akımın akışı transistor gibidir. Dolayısı ile MOSFET ve normal transistorun pozitif yönlerini kullanan bir elemandır.
- IGBT ve diyot, son derece düşük kaçak endüktansla bir güç modül paketinin içinde birleştirilmiştir. IGBT’lerin, daha düşük kayıp, uzun süre dayanma yeteneği, düşük gürültü ve düşük maliyet gibi birçok avantajları vardır.
- IGBT’ler BJT ve MOSFET’in avantajlarını üzerinde taşır. IGBT tıpkı MOSFET’ler gibi yüksek giriş empedansına sahip elemanlardır. Ayrıca tıpkı MOSFET’lere benzer olarak ikincil belverme problemine sahip değildir. Transistörün yüksek olan eğiminden yararlanmak amacı ile üretilmiştir. Bundan dolayı tıpkı BJT’ler gibi düşük iletim kayıplarına sahiptir. Dahası BJT gibi sağlam bir elemandır.
IGBT’ler piyasaya ilk olarak 1983 yılında sürülmüş, o zamandan beri, anma akım gerilim değerleri büyük ölçülerde artırılmış ve karakteristikleri iyileştirilmiştir. Bugün için (600V-400A) – (1200V – 300A) – (1200V-500A)’lik IGBT’ler bulmak mümkündür. Gün geçtikçe gerilim ve akım değerleri daha yükseklere çekilmektedir.
IGBT Nerelerde Kullanılır?
- IGBT’ler yüzlerce kW güç ve 500 kHz’e kadar frekanslardaki konvertörlerde, BJT ve MOSFET’e göre önemli avantajlar sağlar.
- IGBT’ler DC ve AC motorların sürülmesinde, kesintisiz güç kaynaklarında (UPS), çeşitli bobin röle ve kontaktörlerin sürülmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Asenkron motorların sürülmesinde kullanılan invertörler IGBT ile gerçekleştirilmekte ve anahtarlama frekansı 15–20 kHz’e çıkarılarak gürültüsüz çalışma sağlanmaktadır.
İleride birçok uygulamada BJT’nin yerine IGBT kullanılacağı düşünülmektedir. IGBT’ler BJT’lere göre oldukça pahalıdır, fakat sürülmeleri kolaydır. Temelde bastırma devresi gerektirmezler ve anahtarlama kayıpları daha azdır. Bu nedenle IGBT’li konvertörlerin verimleri daha yüksek, boyutları daha küçük ve maliyetleri daha ucuzdur. Genelde güç elektroniği devrelerinde kullanıldığı unutulmamalıdır.
