Bengkeltv.id – Apa Itu IGBT : Pengertian dan Cara Kerjanya. Dalam dunia teknologi dan elektronika, terdapat berbagai komponen yang menjadi bagian penting dalam menjalankan fungsi dari sebuah sistem. Salah satu komponen tersebut adalah IGBT atau Insulated Gate Bipolar Transistor. Apa itu IGBT? Pertanyaan tersebut mungkin pernah muncul di benak Kalian, terlebih bagi Kalian yang berkecimpung dalam bidang teknologi.
Pada artikel ini, kita akan membahas secara mendalam mengenai IGBT, mulai dari definisi, fungsi, hingga cara kerjanya. Jadi, mari kita mulai perjalanan pengetahuan kita dengan mengenal lebih jauh apa itu IGBT.
Apa Itu IGBT
IGBT merupakan kependekan dari Insulated Gate Bipolar Transistor. IGBT adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang dapat digunakan untuk switching dengan efisiensi tinggi pada berbagai jenis perangkat elektronik.
Perangkat ini banyak digunakan dalam amplifier untuk melakukan switching atau pemrosesan pola gelombang kompleks dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulation).
Bentuk fisik dan simbol IGBT dapat dilihat pada gambar di atas. Seperti yang disebutkan sebelumnya, IGBT merupakan kombinasi antara BJT dan MOSFET.
Simbol IGBT juga merepresentasikan hal yang sama, di mana bagian input mewakili MOSFET dengan terminal Gate, sementara bagian output mewakili BJT dengan terminal Kolektor dan Emitor.
Terminal Kolektor dan Emitor merupakan terminal konduktif, sementara terminal Gate berfungsi sebagai terminal kontrol untuk mengontrol fungsi switching.
Cara Kerja IGBT
Setelah memahami apa itu IGBT, selanjutnya IGBT memiliki tiga terminal yang melekat pada tiga lapisan logam yang berbeda. Lapisan logam terminal gate diisolasi dari bahan semikonduktor dengan menggunakan lapisan silikon dioksida (SiO2).
IGBT dibangun dengan 4 lapisan semikonduktor yang saling berdekatan, yaitu:
- Lapisan substrat p+
- Lapisan n
- Lapisan p
- Lapisan n+
Persimpangan antara lapisan p+ dan lapisan n disebut sebagai persimpangan J2, sedangkan pertemuan antara lapisan n dengan lapisan p disebut sebagai persimpangan J1. Struktur IGBT ditunjukkan dalam gambar di atas.
Untuk memahami cara kerja IGBT, mari kita perhatikan sumber tegangan VG yang terhubung secara positif ke terminal Gate sehubungan dengan terminal emitor.
Selanjutnya, perhatikan sumber tegangan VCC yang terhubung melintasi emitor dan kolektor, di mana kolektor tetap positif terhadap emitor.
Dikarenakan adanya sumber tegangan VCC, persimpangan J1 akan diberi bias maju, sementara persimpangan J2 akan diberi bias mundur. Karena J2 berada dalam keadaan bias mundur, tidak ada arus yang mengalir melalui IGBT (dari kolektor ke emitor).
Awalnya, saat tidak ada tegangan yang diterapkan ke terminal Gate, pada tahap ini IGBT berada dalam keadaan non-konduktif.
Namun, jika kita meningkatkan tegangan gate yang diterapkan, akibat 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 menyebabkan penyisipan pembawa muatan negatif ke dalam wilayah p, dan semakin tinggi tegangan VG yang diberikan, semakin besar penyisipan pembawa muatan negatif tersebut.
Akibatnya, terbentuklah saluran antara persimpangan J2 yang memungkinkan aliran arus dari kolektor ke emitor.
Aliran arus ini direpresentasikan sebagai jalur arus pada gambar. Ketika tegangan gate yang diterapkan (VG) meningkat, jumlah aliran arus dari kolektor ke emitor juga meningkat.
Karakteristik IGBT
Karena IGBT merupakan perangkat yang dikendalikan oleh tegangan, hanya dengan memberikan tegangan kecil pada gate, IGBT dapat mempertahankan konduktivitas listriknya.
Hal ini berbeda dengan transistor bipolar (BJT) yang membutuhkan pasokan arus basis yang cukup besar secara terus-menerus untuk menjaga keadaan saturasi.
IGBT juga merupakan perangkat unidireksional yang memungkinkan aliran arus hanya terjadi dalam kondisi bias maju, yaitu dari kolektor ke emitor.
Karakteristik IGBT berbeda dengan MOSFET yang mampu mengalirkan arus ke kedua arah (bias maju dan bias mundur).
Prinsip operasi dan rangkaian driver gate pada IGBT sangat mirip dengan MOSFET daya tipe N-channel. Perbedaan utamanya terletak pada resistansi konduktor yang rendah saat arus mengalir melalui perangkat dalam keadaan ON.
Oleh karena itu, aliran arus pada IGBT jauh lebih tinggi dibandingkan dengan MOSFET dengan daya yang setara.
Kelebihan dan Kekurangan IGBT
Setelah memahami apa itu IGBT, IGBT secara keseluruhan memiliki kelebihan dan keunggulan dibandingkan dengan BJT maupun MOSFET. Berikut ini adalah beberapa kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh transistor IGBT.
1. Kelebihan
Berikut adalah beberapa kelebihan dari IGBT:
- Kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih tinggi.
- Impedansi input yang sangat tinggi.
- Mampu melakukan switching arus yang sangat tinggi dengan menggunakan tegangan yang sangat rendah.
- Terkontrol oleh tegangan (voltage-controlled), tidak membutuhkan arus input dan memiliki kerugian input yang rendah.
- Rangkaian pengendali (driver) IGBT sederhana dan ekonomis.
- Mudah untuk dinyalakan dengan menerapkan tegangan positif dan dimatikan (OFF) dengan menerapkan tegangan nol atau sedikit negatif.
- Resistansi saat dalam keadaan ON yang sangat rendah.
- Memiliki kepadatan arus yang tinggi, sehingga memungkinkan 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 dengan MOSFET.
- Beroperasi dalam mode searah.
- Tidak dapat memblokir tegangan balik yang lebih tinggi.
- Harga IGBT lebih mahal dibandingkan dengan BJT dan MOSFET.
Jenis IGBT
Berikut adalah beberapa jenis IGBT yang umum digunakan:
1. IGBT BIPOLAR
IGBT bipolar memiliki struktur yang mirip dengan transistor junction bipolar (BJT) dengan lapisan epitaksi pada substrat silikon.
IGBT bipolar menggabungkan keunggulan BJT dan MOSFET. Keuntungan utamanya adalah kemampuannya dalam menangani arus yang lebih besar dengan 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 sebagai 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.
Penutup
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) adalah sebuah komponen semikonduktor yang sering digunakan dalam peralatan elektronik dan sistem tenaga listrik. IGBT merupakan gabungan antara transistor bipolar dan MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), yang menggabungkan keunggulan keduanya.
Dalam kesimpulannya, IGBT merupakan komponen penting dalam sistem tenaga listrik dan peralatan elektronik modern. Dengan keunggulan dan fungsinya yang penting, IGBT memainkan peran krusial dalam mengendalikan daya listrik dengan efisien. Semoga informasi dari bengkeltv.id mengenai Apa Itu IGBT ini bermanfaat untuk Kalian.
