Co je izolovaný hradlový bipolární tranzistor?
Na své nejjednodušší úrovni je izolovaný hradlový bipolární tranzistor (IGBT) přepínač, který umožňuje tok energie, když je zapnutý, a zastavit tok energie, když je vypnutý. IGBT je polovodičové zařízení, což znamená, že nemá žádné pohyblivé části. Místo otevírání a uzavírání fyzického spojení se pracuje pomocí přivedení napětí na polovodičovou součást nazývanou základna, která mění své vlastnosti a vytváří nebo blokuje elektrickou cestu.
Nejviditelnější výhodou této technologie je to, že neexistují žádné pohyblivé součásti, které by se měly opotřebovat. Technologie v pevném stavu však není dokonalá. Stále přetrvávají problémy s elektrickým odporem, požadavky na napájení a dokonce i čas potřebný k tomu, aby spínač pracoval.
Izolovaný hradlový bipolární tranzistor je vylepšený typ tranzistoru navržený tak, aby minimalizoval některé nevýhody konvenčního polovodičového tranzistoru. Nabízí nízký odpor a vysokou rychlost při zapnutí, které se nachází v výkonovém tranzistoru s kovovým oxidem a polovodičovým polem (MOSFET), i když je vypínání o něco pomalejší. Rovněž nevyžaduje konstantní zdroj napětí tak, jak to dělají jiné typy tranzistorů.
Když je IGBT zapnutý, je na bránu přivedeno napětí. Tím se vytvoří kanál pro elektrický proud. Základní proud je potom přiváděn a protéká kanálem. To je v podstatě totožné s tím, jak funguje MOSFET. Výjimkou je, že konstrukce izolovaného hradlového bipolárního tranzistoru ovlivňuje způsob vypnutí obvodu.
Izolovaný hradlový bipolární tranzistor má jiný substrát nebo základní materiál než MOSFET. Substrát poskytuje cestu k elektrickému uzemnění. MOSFET má substrát N +, zatímco substrát IGBT je P + s pufrem N + nahoře.
Tato konstrukce ovlivňuje způsob, jakým se vypínač v IGBT vypíná, a umožňuje jej ve dvou fázích. Za prvé, proud velmi rychle klesá. Za druhé, nastane efekt nazývaný rekombinace, během kterého vyrovnávací paměť N + na povrchu substrátu eliminuje uložený elektrický náboj. S vypínačem probíhajícím ve dvou krocích trvá trochu déle než u MOSFETu.
Jejich vlastnosti umožňují, aby byly IGBT vyráběny menší než konvenční MOSFET. Standardní bipolární tranzistor vyžaduje o něco více polovodičové povrchové plochy než IGBT; MOSFET vyžaduje více než dvakrát tolik. To výrazně snižuje náklady na výrobu IGBT a umožňuje více z nich integrovat do jednoho čipu. Potřeba energie pro provozování izolovaného hradlového bipolárního tranzistoru je také nižší než u jiných aplikací.