Empat Pilar – Apa Itu IGBT : Cara Kerja, Kelebihan dan Kekurangannya. Pelajari tentang IGBT atau Insulated Gate Bipolar Transistor, bagaimana ia bekerja, keuntungan penggunaannya dan aplikasinya di berbagai industri.
Temukan segala hal yang perlu Kalian ketahui tentang Apa Itu IGBT dalam panduan ini.
Apakah Kalian pernah mendengar tentang IGBT? IGBT atau Insulated Gate Bipolar Transistor adalah sebuah transistor daya yang digunakan pada rangkaian elektronik untuk mengontrol arus listrik.
IGBT adalah komponen penting pada berbagai aplikasi industri seperti kendaraan listrik, sistem energi terbarukan, peralatan medis, dan masih banyak lagi.
Dalam panduan ini, kita akan membahas segala hal yang perlu Kalian ketahui tentang Apa Itu IGBT, mulai dari definisi hingga keuntungan penggunaannya.
Apa Itu IGBT
IGBT adalah kependekan dari Insulated Gate Bipolar Transistor. Ini adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang digunakan untuk switching dengan efisiensi tinggi pada berbagai jenis perangkat elektronik.
Perangkat ini paling sering digunakan pada amplifier untuk switching dan pemrosesan pola gelombang kompleks dengan Pulse Width Modulation (PWM).
Simbol dan bentuk fisik IGBT terlihat pada gambar di atas. Seperti yang disebutkan sebelumnya, IGBT merupakan gabungan dari BJT dan MOSFET.
Simbol IGBT juga merepresentasikan hal yang sama, di mana sisi input merepresentasikan MOSFET dengan terminal Gate dan sisi output merepresentasikan BJT dengan Kolektor dan Emitor.
Kolektor dan Emitor adalah terminal konduktif dan Gate adalah terminal kontrol untuk mengontrol fungsi switching.
Cara Kerja IGBT
Setelah mengetahui Apa Itu IGBT selanjutnya IGBT memiliki tiga terminal yang terhubung ke tiga lapisan logam yang berbeda, di mana lapisan logam pada terminal Gate diisolasi dari bahan semikonduktor menggunakan lapisan silikon dioksida (SIO2).
IGBT dibangun dengan empat lapisan semikonduktor yang disusun bersama-sama, yaitu:
- Lapisan substrat p+
- Lapisan n
- Lapisan p
- Lapisan n+
Persimpangan antara lapisan p+ dan lapisan n disebut persimpangan J2, sementara pertemuan antara lapisan n dan lapisan p disebut persimpangan J1. Struktur IGBT dapat dilihat pada gambar di atas.
Untuk memahami cara kerja IGBT, kita dapat melihat sumber tegangan VG yang terhubung ke terminal Gate dan diberi tegangan positif, sedangkan sumber tegangan VCC terhubung melintasi emitor dan kolektor, dengan kolektor selalu positif terhubung dengan emitor.
Karena sumber tegangan VCC, persimpangan J1 akan diberi bias maju sementara persimpangan J2 akan diberi bias mundur.
Karena J2 berada dalam bias mundur, maka tidak akan ada aliran arus di dalam IGBT (dari kolektor ke emitor).
Awalnya, saat tidak ada tegangan yang diterapkan pada terminal Gate, IGBT akan berada dalam keadaan non-konduktif.
Namun jika kita meningkatkan tegangan yang diterapkan pada terminal Gate, maka karena efek kapasitansi pada lapisan SiO2, ion negatif akan terakumulasi di sisi atas lapisan dan ion positif akan terakumulasi di sisi bawah lapisan SiO2.
Hal ini akan menyebabkan penyisipan pembawa muatan negatif di wilayah p. Semakin tinggi tegangan yang diberikan pada VG, semakin besar penyisipan pembawa muatan negatif.
Hal ini akan menyebabkan pembentukan saluran antara persimpangan J2 yang memungkinkan aliran arus dari kolektor ke emitor.
Aliran arus direpresentasikan sebagai jalur arus pada gambar. Ketika tegangan pada terminal Gate meningkat, jumlah aliran arus dari kolektor ke emitor juga meningkat.
Kelebihan dan Kekurangan IGBT
Nah setelah mengetahui Apa Itu IGBT. IGBT secara keseluruhan memiliki kelebihan dan keunggulan dari BJT maupun MOSFET. Berikut adalah kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh IGBT transistors.
1. Kelebihan
Berikut adalah beberapa kelebihan dari IGBT:
- Kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih tinggi daripada komponen semikonduktor lainnya.
- Impedansi input yang sangat tinggi.
- Kemampuan switching arus yang sangat tinggi dengan menggunakan tegangan yang sangat rendah.
- Voltage-controlled, yang berarti tidak memiliki arus input dan kerugian input yang rendah.
- Rangkaian driver IGBT sederhana dan murah.
- Dapat dinyalakan dengan mudah dengan menerapkan tegangan positif dan dimatikan dengan menerapkan tegangan nol atau sedikit negatif.
- Resistansi ON-state yang sangat rendah.
- Kerapatan arus yang tinggi, memungkinkan IGBT memiliki ukuran chip yang lebih kecil.
- Penguatan daya yang lebih tinggi daripada BJT dan MOSFET.
- Kecepatan switching yang lebih tinggi daripada BJT.
2. Kekurangan
Berikut adalah beberapa kekurangan dari IGBT:
- Kecepatan switching yang lebih rendah dibandingkan MOSFET.
- Beroperasi dalam mode searah.
- Tidak dapat memblokir tegangan balik yang lebih tinggi.
- Harga IGBT lebih mahal dibandingkan BJT dan MOSFET.
Konstruksi IGBT
IGBT dapat dibuat dengan rangkaian setara yang terdiri dari dua transistor dan MOSFET, karena IGBT menggabungkan output dari kombinasi transistor PNP, transistor NPN, dan MOSFET.
Dalam IGBT, tegangan saturasi transistor yang rendah digabungkan dengan resistansi input yang tinggi dan kecepatan switching MOSFET.
Dengan menggabungkan karakteristik ini, IGBT dapat memberikan karakteristik switching dan konduksi output dari transistor bipolar, tetapi tegangannya dapat dikendalikan seperti MOSFET.
Karena IGBT merupakan gabungan antara MOSFET dan BJT, mereka juga dikenal dengan nama-nama yang berbeda, seperti:
- Insulated Gate Transistor (IGT)
- Metal Oxide Insulated Gate Transistor (MOSIGT)
- Gain Modulated Field Effect Transistor (GEMFET)
- Conductively Modulated Field Effect Transistor (COMFET)
Karakteristik Transistor IGBT
Beberapa karakteristik IGBT yang perlu dipahami antara lain:
1. Tegangan maksimum
IGBT memiliki batasan tegangan maksimum yang dapat ditangani. Jika tegangan melebihi batasan ini, IGBT dapat rusak atau bahkan meledak.
Oleh karena itu, pemilihan IGBT harus disesuaikan dengan tegangan yang digunakan pada aplikasi tertentu.
2. Arus maksimum
IGBT juga memiliki batasan arus maksimum yang dapat ditangani. Jika arus melebihi batasan ini, IGBT dapat rusak atau bahkan terbakar.
Oleh karena itu, pemilihan IGBT harus disesuaikan dengan arus yang diperlukan pada aplikasi tertentu.
3. Switching speed
Kecepatan switching atau waktu yang dibutuhkan untuk mengubah keadaan IGBT dari mode on ke mode off atau sebaliknya sangat penting dalam aplikasi yang membutuhkan kendali daya tinggi seperti pengendalian motor listrik.
Semakin cepat switching, semakin baik pula kinerja sistem kendali.
4. Rugi daya
Saat mengalami switching, IGBT menghasilkan rugi daya yang disebut rugi konduksi dan rugi switching.
Rugi konduksi terjadi saat IGBT dalam mode on dan arus mengalir melalui transistor. Rugi switching terjadi saat IGBT berubah ke mode off atau sebaliknya. Semakin kecil rugi daya, semakin efisien IGBT.
5. Temperatur
IGBT memiliki batasan suhu maksimum yang harus diperhatikan agar transistor tidak rusak. Semakin tinggi suhu, semakin cepat kerusakan transistor terjadi. Oleh karena itu, pengaturan suhu harus diperhatikan dalam aplikasi IGBT.
6. Hambatan Input
IGBT juga memiliki hambatan input (gate resistance) yang dapat mempengaruhi kecepatan switching dan efisiensi. Semakin rendah hambatan input, semakin cepat switching dan semakin efisien IGBT.
Jenis IGBT
Ada dua jenis dasar transistor IGBT yaitu:
1. IGBT BIPOLAR
IGBT bipolar memiliki struktur yang mirip dengan bipolar junction transistor (BJT) dengan lapisan epitaksi pada substrat silikon.
IGBT bipolar menggabungkan keunggulan BJT dan MOSFET. Keuntungan utamanya adalah mampu menangani arus yang lebih besar dan tegangan yang lebih rendah.
Selain itu, IGBT bipolar lebih tahan terhadap kerusakan dan lebih mudah dikendalikan dibandingkan dengan MOSFET.
2. IGBT FIELD-EFFECT
Transistor IGBT dengan efek medan atau yang dikenal dengan MOS-IGBT memiliki struktur yang sama dengan MOSFET.
MOS-IGBT menggabungkan keunggulan MOSFET dan BJT. Keuntungan utama dari MOS-IGBT adalah kecepatan switching yang lebih cepat dan kerugian switching yang lebih rendah.
Selain itu, MOS-IGBT membutuhkan tegangan gate yang lebih rendah dibandingkan dengan IGBT bipolar.
Penggunaan IGBT
IGBT memiliki banyak aplikasi di dalam rangkaian AC dan DC. Berikut adalah beberapa penggunaan Insulated Gate Bipolar Transistor:
- Digunakan dalam SMPS (Switched Mode Power Supply) untuk memberikan daya ke peralatan medis dan komputer yang sensitif.
- Digunakan dalam sistem UPS (Uninterruptible Power Supply).
- Digunakan dalam penggerak motor AC dan DC yang menyediakan kontrol kecepatan.
- Digunakan dalam inverter.
Penutup
Itulah penjelasan mengenai Apa Itu IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) beserta cara kerja, kelebihan, dan kekurangannya.
Sebagai salah satu jenis transistor yang paling banyak digunakan, IGBT memiliki peran penting dalam industri elektronik dan kelistrikan.
Meskipun memiliki kelebihan dalam efisiensi dan daya tahan, IGBT juga memiliki kekurangan yang perlu diperhatikan dalam penggunaannya.
Oleh karena itu, pemilihan dan penggunaan IGBT yang tepat sangatlah penting untuk mendapatkan performa yang optimal dan aman dalam sistem elektronik dan kelistrikan.
Semoga artikel dari empatpilar.com mengenai Apa Itu IGBT, ini bermanfaat bagi pembaca yang ingin mengetahui lebih dalam mengenai IGBT.
