IGBT چیست؟ کاربرد، مزایا و انواع تکنولوژی آی جی بی تی

دستگاه‌های جوشکاری به منظور ذوب کردن فلزات و سایر مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند. دستگاه های جوشکاری انواع مختلفی دارند و برحسب تکنولوژی مورد استفاده فرآیند جوشکاری را انجام می‌دهند. یکی از جدیدترین و بروزترین تکنولوژی‌های روز دنیا، IGBT است. فناوری IGBT یک فناوری نیمه هادی، همه کاره و کارآمد است که توانسته صنعت الکترونیک قدرت را متحول کند. IGBT ها با ترکیب منحصر به فرد خود از قابلیت های مدیریت توان بالا و ویژگی های کنترل دقیق، نقشی حیاتی در شکل دادن به آینده دستگاه ها و سیستم های الکترونیکی ایفا می‌کنند. دستگاه‌های جوشکاری مبتنی بر تکنولوژی IGBT از بالاترین کیفیت ساخت و قدرت برخوردار هستند و توانستند به سرعت جایگزین نمونه‌های قدیمی شوند. در این مقاله همراه ابزار جوش و برش وینر باشید تا به صورت کامل با این تکنولوژی آشنا شویم.

IGBT چیست؟

ترانزیستور دوقطبی IGBT ، مخفف Insulated Gate Bipolar Bipolar Transistor بوده و یک دستگاه دو قطبی، نیمه هادی با درگاه عایق شده است که راندمان بالای ترانزیستور دوقطبی را با کنترل آسان ایجاد می‌کند. IGBT ها تعادل ایده آلی را بین قابلیت انتقال نیرو و سرعت سوئیچینگ ارائه می‌دهند. به صورت کلی تکنولوژی IGBT ترکیبی از تکنولوژی از BJT و MOSFET است. نام آن نیز دلالت بر آمیختگی بین آنها دارد. “دروازه عایق” به قسمت ورودی ماسفت اطلاق می شود که امپدانس ورودی بسیار بالایی دارد. هیچ جریان ورودی نمی کشد بلکه بر روی ولتاژ در ترمینال گیت خود کار می کند. به صورت کلی به کمک این تکنولوژی میتوان با استفاده از سیگنال های ولتاژ کوچک، جریان ها و ولتاژهای بسیار زیادی را مدیریت کرد. این ترکیب ترکیبی، IGBT را به یک دستگاه کنترل شده با ولتاژ تبدیل می کند. تکنولوژی آی جی بی تی منجر به بهینه شدن جریان الکتریکی شده و به دلیل سرعت بالای سوئیچینگ و راندمان بالا معروف شده است. هم اکنون در بسیاری از تجهیزات خانگی مانند یخچال، ماشین های الکتریکی و سیستم اتوماسیون، دستگاه جوشکاری و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ویژگی‌های IGBT

تکنولوژی IGBT مانند هر روش دیگری، دارای ویژگی‌های مخصوص به خود است. در ادامه به بررسی این ویژگی‌ها می‌پردازیم:

• کارایی بالا: IGBT ها کارایی بالایی در تبدیل انرژی الکتریکی دارند و توانایی کنترل دقیق جریان و ولتاژ را فراهم می‌کنند.
• قابلیت کنترل: این تکنولوژی به راحتی قابل کنترل است و امکان تنظیم دقیق جریان و ولتاژ را فراهم می‌کند.
• سرعت سوئیچینگ بالا: آی جی بی تی سرعت بالایی در تغییر وضعیت خود دارند که این امر منجر به کارایی بالا و زمان پاسخ سریع در سیستم‌های الکترونیکی می‌شود.
• مصرف کم انرژی: این تکنولوژی به علت کارایی بالا و تبدیل بهتر انرژی، مصرف کمتری دارد و انرژی را به صورت بهینه مصرف می‌کند.
• راندمان بالا: یکی از مزایای کلیدی فناوری IGBT راندمان بالای آن است که منجر به کاهش تلفات برق و بهبود مصرف انرژی می شود. همچنین IGBT ها به دلیل کارایی بالا و تبدیل بهتر انرژی، مصرف کمتری دارند و انرژی را به صورت بهینه مصرف می‌کنند.
• حساسیت به دما: این تکنولوژی حساس به تغییرات دما است و نیاز به کنترل دما دقیق دارد.
• اندازه کوچک: تمامی انواع IGBTها  اندازه کوچکی دارد که امکان استفاده در فضاهای محدود را فراهم می‌کند.
• هزینه بالا: با توجه به چند کاربره بودن این تکنولوژی نسبت به سایر تکنولوژی ها هزینه بیشتری دارد. البته با توجه به مزایای فراوان کاملاً ارزش سرمایه گذاری را دارد.

مدل های مختلف IGBT

 مدارهای درون IGBT می‌توانند توسط برنامه‌های کامپیوتری شبیه ساز مدار، مانند spice و saber توسعه پیدا کنند. شبیه سازی مدارهای IGBT به این صورت است که وسیله باید نسبت به ولتاژهای مختلف و جریان‌های متفاوت در ترمینال‌های الکتریکی پاسخ گو باشد. در برخی از شبیه سازها گرما نیز به عنوان یک فاکتور وارد این چرخه می‌شود. دو نوع متد متعارف برای مدل سازی وجود دارد، نام آن‌ها عبارت است از: مدل‌های مبتنی بر وسایل فیزیکی و مدارهای معادل یا مدل‌های ماکرو.

 شبیه سازی spice ، از مدل‌های ماکرو که شامل اجزایی مانند FET و BJT در پیکربندی خود استفاده می‌کنند، استفاده می‌کند. یک جایگزین برای مدل‌های مبتنی بر وسایل فیزیک، مدل هفنر است. این مدل بسیار پیچیده است و نتایج بسیار خوبی را نشان داده است. از این مدل برای تست IGBT نسبت به گرمای درونی استفاده می‌شود. این مدل به نرم افزار شبیه ساز saber اضافه شده است.

ترانزیستور igbt چیست؟

در پاسخ به سوال مهم “ترانزیستور IGBT چیست” باید گفت ترانزیستور IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) یک قطعه نیمه‌هادی کلیدی در دستگاه‌های جوش اینورتر مدرن است که نقش سوئیچینگ سریع و کنترل جریان برق را بر عهده دارد. این ترانزیستور با تبدیل کارآمد برق شهری (AC) به جریان مستقیم (DC) و سپس تبدیل آن به جریان متناوب با فرکانس بسیار بالا، امکان استفاده از ترانسفورماتورهای کوچک و سبک را فراهم می‌کند که این پیشرفت انقلابی در صنعت جوشکاری محسوب می‌شود. نتیجه استفاده از ترانزیستور IGBT در جوشکاری، ساخت دستگاه‌های جوشی با راندمان انرژی بالاتر، اندازه جمع‌وجورتر، کنترل دقیق‌تر روی قوس الکتریکی و عملکرد پایدارتر در مقایسه با technologies های سنتی است.

انواع ترانزیستور igbt:

انواع ترانزیستورIGBT  مورد استفاده در جوشکاری عمدتاً از نظر طراحی فیزیکی و پیکربندی داخلی به انواع مختلفی تقسیم میشوند که عبارتند از: IGBT تکی (Discrete IGBT)، IGBT  هفت تایی و IGBTهای ماژولی (IGBT Module).

• IGBT  تکی: این نوع، یک ترانزیستور منفرد است و معمولاً در دستگاههای جوش با توان نسبتاً پایینتر استفاده میشود. به عنوان مثال، در برخی از دستگاههای جوش ۱۴۰ تا ۲۰۰ آمپر، از چهار عدد از این IGBTها به صورت موازی استفاده میشود.
• IGBT  هفت تایی: این نوع در واقع یک پکیج است که هفت ترانزیستور IGBT مستقل در یک محفظه واحد جمع آوری شده اند. این طراحی به صرفه جویی در فضای برد و ساده تر شدن فرآیند مونتاژ کمک میکند.
• IGBT ماژولی: این نوع، پیشرفته ترین و قدرتمندترین شکل IGBT است که در آن چندین ترانزیستور به همراه درایورها و گاهی حتی مدارهای حفاظتی در یک پکیج واحد و فشرده قرار میگیرند. این ماژول ها عموماً در دستگاههای جوش صنعتی و سه فاز که به قابلیت اطمینان و توان بسیار بالا نیاز است، به کار میروند.

کاربرد ترانزیستورIGBT

تکنولوژی IGBT یک فناوری الکترونیکی حیاتی و بروز است که در صنایع مختلف به کار می‌رود. برخی از کاربردهای اصلی آن شامل موارد زیر می‌باشد:

1. سیستم های الکترونیکی: IGBT ها به عنوان سوئیچ‌های قدرت جهت کنترل جریان و ولتاژ در سیستم‌های الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این شامل سیستم‌های تغذیه برق، درایورهای موتورها، تبدیل‌های برق و سیستم‌های الکترونیکی صنعتی می‌شود.
2. صنایع خودروسازی: IGBT ها در خودروهای الکتریکی و هیبریدی برای کنترل موتورهای الکتریکی و سیستم‌های توزین استفاده می‌شوند.
3. سیستم‌های تولید انرژی: در نیروگاه‌ها، توربین‌های بادی و سلول‌های خورشیدی، IGBT ها برای کنترل و تنظیم تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
4. سیستم‌های حفاظتی: در سیستم‌های حفاظتی و کنترلی مانند UPS (سیستم‌های تامین برق پشتیبان)، IGBT ها جهت تأمین پایداری و اعتمادپذیری سیستم استفاده می‌شوند.
5. صنایع راه‌اندازی و اتوماسیون: تکنولوژی آی جی بی تی در انواع ماشین‌آلات و سیستم‌های اتوماسیون برای کنترل دقیق و قدرتمند سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
6. جوشکاری: بطور عمده واحد های جوشکاری ساختار ساده ای دارند، اما دستگاه های جوشکاری IGBT دارای ساختار درونی پیچیده ای هستند. این ماشین ها می توانند بار بسیار زیاد جوشکاری قوس الکتریکی را هندل کنند.  آن ها با عنوان واحد های دستگاه جوش اینورتر نیز شناخته می‌شوند. از این دستگاه ها در کمپانی های کوچک تا بزرگ استفاده می‌شود.

با توجه به ویژگی‌های خاص و کارآیی بالای آن، تکنولوژی IGBT یک نقش حیاتی در صنایع مختلف دارد و به بهبود کارایی و کنترل در سیستم‌های الکترونیکی کمک می‌کند.

درایور igbt چیست؟

درایور igbt در جوشکاری یک مدار واسطه ضروری است که وظیفه اصلی آن تقویت و تقویت سیگنالهای کنترلی کمتوان از پردازشگر مرکزی (میکروکنترلر) و ارسال آنها به گیتهای ترانزیستورهای IGBT پرتوان است. این قطعه با ارائه جریان کافی برای شارژ و دشارژ سریع گیت IGBT، فرآیند کلیدزنی (سوئیچینگ) را بهینه کرده و از تلفات حرارتی بیش از حد جلوگیری میکند. علاوه بر این، درایورها اغلب دارای مدارهای حفاظتی پیشرفته ای هستند که در برابر خطاهای رایج در محیط جوشکاری مانند اتصال کوتاه، اضافه بار و افزایش ولتاژ از IGBT ها محافظت میکنند و در نهایت قابلیت اطمینان و طول عمر دستگاه جوشکاری اینورتری را تضمین میکنند.

دستگاه جوش دارای  IGBT

 این دستگاه دارای نرم افزار کنترل کننده است که کار پالس دهی جریان جوشکاری، جوشکاری اتوماتیک و غیره را انجام می‌دهد. این موارد در دستگاه‌های جوش ترانسفورماتور گران هستند اما به راحتی توسط دستگاه اینورتر کنترل شده با نرم افزار قابل اجرا و انجام می‌باشند .

 IGBTها از آنجایی مهم هستند که نیروی لازم برای انواع مختلف فرایندهای جوشکاری را فراهم می‌آورند. در این دستگاه شما قادر هستید از انواع مختلف جریان و آمپراژ استفاده کنید. فرایندهایی شبیه جوشکاری TIG یا (جوشکاری گاز بی اثر تنگستن) یا MMA (جوشکاری قوس فلزی دستی) با این روش قابل انجام است. در دستگاه‌های جوشکاری DC یا َAC ، TIG قابل استفاده هستند. مواد مختلفی مانند استیل، استیل کربن و مس با این روش قابل جوش هستند.

 آی جی بی تی ترکیبی از دو ترانزیستور BJT و ماسفت است. IGBT از دید ورودی، یک ماسفت، و از دید خروجی یک BJT است. BJT و ماسفت دارای خصوصیاتی هستند که از نقطه نظرهایی یکدیگر را تکمیل می‌کنند. BJTها در حالت روشن (وصل) دارای تلفات هدایتی کمتری هستند، درحالیکه زمان سوئیچینگ آن‌ها به خصوص هنگام خاموش شدن طولانی‌تر است. ماسفت‌ها قادرند که به مراتب سریع‌تر قطع و وصل شوند، بنابراین تلفات هدایت آن‌ها بیشتر است. IGBT ترانزیستوری است که مزایای BJT و ماسفت را باهم دارد.

کاربرد IGBT در اینورتر جوشکاری نقشی حیاتی و تعیین کننده در عملکرد این دستگاهها دارد. این ترانزیستورهای قدرتمند، به عنوان قلب تپنده اینورتر عمل کرده و مسئولیت کلیدزنی سریع (سوئیچینگ) و تبدیل جریان برق متناوب (AC) شهری به جریان مستقیم (DC) با فرکانس بالا را بر عهده دارند. این فرآیند پیشرفته امکان کاهش چشمگیر اندازه و وزن ترانسفورماتور، افزایش راندمان انرژی، کاهش مصرف برق و ایجاد قوس جوش پایدار و قابل کنترل را فراهم میکند. کاربرد IGBT در اینورتر منجر به تولید دستگاههای جوشکاری سبکتر، قدرتمندتر و با قابلیت اطمینان بالاتر شده و امکان جوشکاری با کیفیت عالی در انواع فرآیندهای مختلف مانند MMA، MIG/MAG و TIG را میسر میسازد.

نمونه ای از دستگاه سه بردی IGBT وینر را مشاهده کنید : دستگاه جوش اینورتر سلولزی ۲۵۰ آمپر مدل ۳۵۱۰ وینر

نحوه کار دستگاه‌ جوش دارای ترانزیستور IGBT

نحوه کار این نوع ماشین‌های جوشکاری به این صورت است که آن‌ها توان مفید را به ولتاژ بالا تبدیل می‌کنند و سپس آن را در بانک ذخیره‌کننده ظرفیت، ذخیره می‌کنند. سپس این توان توسط کنترل کننده میکرو پروسسور به ترانسفورماتور دوم سوئیچ می‌شود تا جریان مورد نیاز جوشکاری را تولید کند. این یک واحد نمایش دیجیتال است و کار کردن با آن توسط کاربر بسیار راحت است. نمایش دهنده دیجیتال برای یک دستگاه جوش بسیار مفید است. این ماشین‌های مبتنی بر اینورتر بسیار کاراتر از ماشین‌های غیر مبتنی بر اینورتر هستند و کنترل بیشتری می‌توان روی آن‌ها انجام داد. ساختار دستگاه جوش مبتنی بر IGBT شامل ترانزیستور دو قطبی، یک دروازه و یک ترانزیستور قدرت است. تمام این موارد سبب کنترل انرژی می‌شوند.

ساختار ظاهری اینورتر دارای IGBT

 دستگاه‌های جوش مبتنی بر IGBT دارای مدل‌های قابل حمل نیز هستند. این مدل‌ها را به راحتی می‌توانید هر جا نیاز به جوشکاری دارید استفاده کنید. در کاربرد آن‌ها به موارد ایمنی دقت کنید. هنگام استفاده از آن‌ها از اینکه طول کابل به اندازه لازم بلند است مطمئن شوید. وزن این دستگاه‌ها بستگی به نوع و آمپر خروجی آنها دارد. نسبت به عملکرد کیفیت جوش، وزن کم، مصرف بسیار پایین انرژی برق، هزینه کمی برای خرید آنها پرداخت می‌گردد.

مزایای استفاده از دستگاه جوش دارای IGBT

• IGBT دارای خصوصیات ساده دروازه ماسفت به همراه جریان زیاد و توان ولتاژ اشباع پایین ترانزیستورهای دو قطبی است
• IGBT دارای دروازه های ایزوله FET برای کنترل ورودی و ترانزیستور دو قطبی نیرو به عنوان سوییچ در یک وسیله است
• از آی جی بی تی در وسایل با قدرت میانه تا بالا مانند ، تامین کننده نیرو مبتنی بر سوییچ، کنترل کننده موتورهای کششی و گرمایش القایی استفاده می شود
• IGBT های بزرگ اغلب شامل وسایل موازی زیادی هستند و می توانند جریان های بالایی در درجه صدها آمپر را هندل کنند
• IGBT ها می توانند بار صدها کیلووات را هندل کنند

مقایسه IGBT با ماسفت

 امروزه انواع مختلفی ترانزیستور منبع نیرو مبتنی بر سوییچ (SMPS) وجود دارد. دو نوع از مشهورترین آن‌ها MOSFET ها و IGBT ها هستند. ماسفت‌ها به ولتاژ کم، جریان کم و فرکانس بالای سوییچینگ شهرت دارند. شهرت IGBT ها به دلیل ولتاژ بالا، جریان بالا و فرکانس سوییچینک پایین است .

 ممکن است بیاندیشید کدام یکی از وسایل ذکر شده در SMPS ها بهتر کار می‌کنند؟ جواب این است که استاندارد جهانی برای این سوال وجود ندارد. معلوم نیست کدام یک کارایی بهتری در نوع خاصی از مدار دارند. این معیار در کاربردهای مختلف متفاوت است. فاکتورهای متفاوتی مانند سرعت، سایز و هزینه در انتخاب گزینه مناسب دخالت دارند.

علت سوختن ای جی بی تی

علت سوختن ای جی بی تی (IGBT) در دستگاه‌های جوشکاری می‌تواند چندین عامل کلیدی داشته باشد. یکی از اصلی‌ترین دلایل، افزایش دمای قطعه ناشی از سیستم خنک‌کننده ناکافی، جریان کاری بیش از حد یا روشن شدن طولانی‌مدت دستگاه است. علت سوختن ای جی بی تی همچنین می‌تواند به دلیل وقوع اضافه ولتاژهای لحظه‌ای (Spike) در مدار، ناشی از عملکرد نامناسب سیم پیچ‌ها یا القاء ولتاژ بالا در حین جوشکاری باشد. اتصال کوتاه در خروجی، طراحی ضعیف یا خرابی مدار درایور گیت که منجر به کلیدزنی ناقص می‌شود، و همچنین نوسانات ناگهانی برق شهر از دیگر عواملی هستند که در نهایت به علت سوختن IGBT تبدیل می‌شوند و نیازمند بررسی و رفع سریع هستند.

ماژول igbt چیست؟

ماژول IGBT در جوشکاری، یک قطعه نیمه‌هادی قدرتمند است که در دستگاه‌های جوش اینورتر به عنوان سوئیچ الکترونیکی سریع برای تبدیل برق DC به AC با فرکانس بالا به کار می‌رود. این تبدیل امکان استفاده از یک ترانسفورماتور کوچک و سبک را برای افزایش جریان خروجی فراهم می‌کورد که در نهایت منجر به ساخت دستگاه‌های جوش کوچک‌تر، سبک‌تر و با راندمان انرژی بالاتر می‌شود.

تست igbt

تست igbt در دستگاه جوش یک روش تشخیصی حیاتی برای اطمینان از سلامت این قطعه کلیدی در مدار اینورتر محسوب می‌شود. این تست که عمدتاً با استفاده از مولتی‌متر دیجیتال روی برد انجام می‌شود، به بررسی سه پایه اصلی IGBT (گیت، کالکتور و امیتر) می‌پردازد تا از عدم وجود اتصال کوتاه یا قطعی در ساختار نیمه هادی آن اطمینان حاصل کند. انجام منظم تست IGBT به تعمیرکاران کمک می‌کند تا قبل از روشن کردن دستگاه و مواجهه با مشکلات جدی‌تری مانند سوختن فیوزها یا آسیب دیدن مدار درایور، از سلامت یا خرابی ترانزیستور مطمئن شوند. این فرآیند ساده اما مؤثر، نقش مستقیمی در کاهش زمان تعمیرات، پیشگیری از خسارات مالی و تضمین عملکرد پایدار دستگاه جوش دارد.

سخن پایانی

در این مقاله با تکنولوژی IGBT و کاربرد آن آشنا شدیم.یکی از مهم‌ترین کاربردهای این تکنولوژی در صنعت جوشکاری است. میتوان گفت با ظهور تکنولوژی IGBT صنعت جوشکاری دچار تحولات زیادی شد. تمامی دستگاه‌های جوشکاری شرکت ابزار جوش و برش وینر از تکنولوژی پیشرفته و بروز آی جی بی تی بهره برده‌اند. بمنظور توضیحات بیشتر پیرامون انتخاب دستگاه جوش اینورتر مناسب با نمایندگان شرکت وینر در ارتباط باشید. از اینکه در این مقاله با ما همراه بودید متشکریم. منتظر نظرات ارزشمند شما عزیزان هستیم.

منابع : everlastgenerators – electronicproducts – wikipedia