Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Pengertian dan Kelebihannya

IGBT merupakan piranti tiga terminal yang menggabungkan fitur-fitur terbaik teknologi BJT dan teknologi MOSFET. Konstruksi IGBT serupa dengan MOSFET dengan satu lapisan tambahan untuk memberikan  modulasi konduktivitas, yang merupakan alasan untuk tegangan berkonduksi rendah BJT. Piranti IGBT mempunyai satu forward blocking yang baik tetapi mempunyai kemampuan reverse blocking yang sangat terbatas. Yang dapat beroperasi pada intensitas arus lebih tinggi dibanding BJT atau MOSFET dengan memungkinkan ukuran chip yang lebih kecil. Terminal-terminal daya IGBT dinamakan emitter (E) dan kolektor (C), dengan menggunakan terminologi BJT, sementara terminal kontrol dinamakan gate (G), dengan menggunakan terminologi MOSFET.

IGBT Ideal :

• Forward conduction: lebih sedikit resistansi
• Forward blocking: Lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
• Reverse blocking: lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
• Waktu switch on/off: Sesaat

 

Rangkaian ekivalen dari IGBT menunjukkan bahwa IGBT bisa dianggap sebagai piranti hybrid (campuran), serupa dengan konfigurasi transistor Darlington, dengan sebuah pengendali MOSFET, dan sebuah transistor PNP bipolar. Walaupun simbol sirkuit di atas menunjukkan bahwa piranti tersebut terkait dengan transistor NPN.

Karakteristik gate input dan persyaratan gate drive sangat mirip dengan MOSFET daya. Tegangan ambang batas (threshold) biasanya adalah 4V. Turn-on memerlukan tegangan 10-15 V dan membutuhkan waktu sekitar 1 μs. Turn-off membutuhkan waktu sekitar 2 μs dan bisa diperoleh dengan mengaplikasi 0 V ke terminal gate. Waktu turn-off bisa dipercepat, bila perlu, dengan menggunakan tegangan drive negatif. Alat-alat IGBT bisa dihasilkan dengan waktu switching yang lebih cepat dengan akibat penurunan tegangan forward yang meningkat.

 

IGBT tersedia dalam batasan mulai dari beberapa amps hingga 500 A pada 1500 V, yang cocok untuk AC VSDs tiga fase yang dibatasi daya hingga sekitar 500 kW pada tagangan 380V/415V/480V. Ini dapat digunakan pada frekuensi switching hingga 100 kHz. BJTs masa kini sebagian besar telah digantikan dengan IGBTs untuk AC VSDs.

 

Berikut ini adalah kelebihan utama IGBT:

1. Kapabilitas penanganan daya yang baik
2. Penurunan tegangan konduksi forward rendah 2-3 V, yang lebih tinggi dibanding untuk BJT tetapi lebih rendah dibanding untuk MOSFET dari rating serupa.
3. Tegangan ini meningkat seiring dengan temperatur yang membuat alat tersebut mudah dioperasikan secara paralel tanpa bahaya instabilitas termal
4. kapabilitas switching berkecepatan tinggi
5. Gate driver terkontrol tegangan yang relatif sederhana
6. Arus gate rendah

 

Beberapa fitur penting lain IGBT adalah:

1. Tidak ada breakdown sekunder dengan IGBT, yang memberi area operasi aman yang baik dan kehilangan switching rendah.
2. Hanya snubbers kecil diperlukan
3. Kapasitansi inter-elektroda tidak sepenting dalam MOSFET, sehingga mengurangi feedback Miller.

 

Tidak ada dioda dalam IGBT, sebagaiman dengan MOSFET, dan sebuah dioda terpisah harus ditambahkan dalam anti-paralrl bila konduksi terbalik diperlukan, misalnya dalam inverter sumber tegangan.