What is IGBT?

 What is IGBT?

IGBT কি

IGBT বা ইনসুলেটেড গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর হল BJT এবং MOSFET এর সমন্বয়। এর নামটি তাদের মধ্যে সংমিশ্রণকেও বোঝায়। "ইনসুলেটেড গেট" বলতে MOSFET-এর ইনপুট অংশকে বোঝায় যেখানে খুব বেশি ইনপুট প্রতিবন্ধকতা রয়েছে। এটি কোন ইনপুট কারেন্ট আঁকে না বরং এটি তার গেট টার্মিনালে ভোল্টেজের উপর কাজ করে। "বাইপোলার" বলতে বোঝায় BJT এর আউটপুট অংশ যেখানে বাইপোলার প্রকৃতি রয়েছে যেখানে বর্তমান প্রবাহ উভয় ধরণের চার্জ ক্যারিয়ারের কারণে হয়। এটি ছোট ভোল্টেজ সংকেত ব্যবহার করে খুব বড় স্রোত এবং ভোল্টেজ পরিচালনা করতে দেয়। এই হাইব্রিড সংমিশ্রণটি IGBT কে একটি ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত ডিভাইস করে তোলে।

আইজিবিটি নির্মাণ

IGBT একটি PNPN গঠন গঠনের জন্য সেমিকন্ডাক্টরের চারটি স্তর দিয়ে তৈরি। সংগ্রাহক (C) ইলেক্ট্রোড P স্তরের সাথে সংযুক্ত থাকে যখন বিকিরণকারী (E) P এবং N স্তরগুলির মধ্যে সংযুক্ত থাকে। IGBT নির্মাণের জন্য একটি P+ সাবস্ট্রেট ব্যবহার করা হয়। PN জংশন J1 গঠনের জন্য এটির উপরে একটি N- স্তর স্থাপন করা হয়। PN জংশন J2 তৈরি করতে N- স্তরের উপরে দুটি P অঞ্চল তৈরি করা হয়েছে। P অঞ্চলটি এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যাতে গেট (G) ইলেক্ট্রোডের জন্য মাঝখানে একটি পথ ছেড়ে যায়। চিত্রে দেখানো হিসাবে N+ অঞ্চলগুলি P অঞ্চলের উপর ছড়িয়ে পড়েছে।

IGBT এর সমতুল্য কাঠামো

আমরা জানি যে IGBT হল MOSFET-এর ইনপুট এবং BJT-এর আউটপুটের সংমিশ্রণ, এটি ডার্লিংটন কনফিগারেশনে N-চ্যানেল MOSFET এবং PNP BJT-এর সমতুল্য কাঠামো রয়েছে। ড্রিফ্ট অঞ্চলের প্রতিরোধকেও অন্তর্ভুক্ত করা যেতে পারে।

আমরা যদি উপরের IGBT-এর কাঠামোর দিকে তাকাই, কারেন্ট প্রবাহের জন্য একাধিক পথ রয়েছে। বর্তমান পথটি সংগ্রাহক থেকে ইমিটারে নির্দেশিত হয়। প্রথম পথটি হল "সংগ্রাহক, P+ সাবস্ট্রেট, N-, P, emitter"। এই পথটি ইতিমধ্যেই একটি সমতুল্য কাঠামোতে PNP ট্রানজিস্টর ব্যবহার করে উল্লেখ করা হয়েছে। ২য় পাথ হল "সংগ্রাহক, P+ সাবস্ট্রেট, N-, P, N+, emitter"। এই পথটি অন্তর্ভুক্ত করার জন্য, নীচের চিত্রে দেখানো কাঠামোর মধ্যে অবশ্যই আরেকটি NPN ট্রানজিস্টর অন্তর্ভুক্ত করতে হবে।

IGBT এর কাজ

IGBT সংগ্রাহক (C) এবং emitter (E) এর দুটি টার্মিনাল কারেন্ট পরিবাহিত করার জন্য ব্যবহৃত হয় যখন গেট (G) IGBT নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহৃত হয়। এর কাজটি গেট-ইমিটার টার্মিনাল এবং কালেক্টর-ইমিটার টার্মিনালের মধ্যে পক্ষপাতের উপর ভিত্তি করে।

সংগ্রাহক-ইমিটারটি ভিসিসির সাথে এমনভাবে সংযুক্ত থাকে যে সংগ্রাহককে ইমিটারের চেয়ে একটি ধনাত্মক ভোল্টেজে রাখা হয়। জংশন j1 ফরোয়ার্ড বায়াসড হয়ে যায় এবং j2 রিভার্স বায়াসড হয়ে যায়। এই মুহুর্তে, গেটে কোন ভোল্টেজ নেই। বিপরীত j2 এর কারণে, IGBT বন্ধ থাকে এবং সংগ্রাহক এবং ইমিটারের মধ্যে কোন কারেন্ট প্রবাহিত হবে না।

ইমিটারের চেয়ে একটি গেট ভোল্টেজ VG পজিটিভ প্রয়োগ করলে, ক্যাপাসিট্যান্সের কারণে SiO2 স্তরের ঠিক নীচে ঋণাত্মক চার্জ জমা হবে। ভিজি বাড়ানো চার্জের সংখ্যা বৃদ্ধি করে যা শেষ পর্যন্ত একটি স্তর তৈরি করে যখন ভিজি থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ অতিক্রম করে, উপরের P-অঞ্চলে। এই স্তরটি N-চ্যানেল গঠন করে যা N- ড্রিফট অঞ্চল এবং N+ অঞ্চলকে শর্ট করে।

ইমিটার থেকে ইলেকট্রন N+ অঞ্চল থেকে N- ড্রিফট অঞ্চলে প্রবাহিত হয়। যখন সংগ্রাহকের ছিদ্রগুলি P+ অঞ্চল থেকে N- ড্রিফট অঞ্চলে ইনজেকশন দেওয়া হয়। ড্রিফ্ট অঞ্চলে ইলেকট্রন এবং ছিদ্র উভয়ের আধিক্যের কারণে, এর পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায় এবং তড়িৎ প্রবাহ শুরু করে। তাই IGBT চালু হয়।

IGBT এর প্রকারভেদ

N+ বাফার স্তরের অন্তর্ভুক্তির উপর ভিত্তি করে দুই ধরনের IGBT রয়েছে। এই অতিরিক্ত স্তরের অন্তর্ভুক্তি তাদের প্রতিসম এবং অপ্রতিসম IGBT-এ বিভক্ত করে।

1.IGBT মাধ্যমে পাঞ্চ

IGBT এর মাধ্যমে পাঞ্চ N+ বাফার স্তর অন্তর্ভুক্ত করে যার কারণে এটি একটি অপ্রতিসম IGBT নামেও পরিচিত। তাদের অসমমিতিক ভোল্টেজ ব্লক করার ক্ষমতা রয়েছে যেমন তাদের ফরোয়ার্ড এবং রিভার্স ব্রেকডাউন ভোল্টেজগুলি আলাদা। তাদের রিভার্স ব্রেকডাউন ভোল্টেজ এর ফরোয়ার্ড ব্রেকডাউন ভোল্টেজের চেয়ে কম। এটি দ্রুত স্যুইচিং গতি আছে.IGBT-এর মাধ্যমে পাঞ্চ একমুখী এবং বিপরীত ভোল্টেজগুলি পরিচালনা করতে পারে না। অতএব, এগুলি ডিসি সার্কিটে যেমন ইনভার্টার এবং হেলিকপ্টার সার্কিটে ব্যবহার করা হয়।

2.IGBT এর মাধ্যমে নন পাঞ্চ

অতিরিক্ত N+ বাফার স্তরের অনুপস্থিতির কারণে এগুলিকে প্রতিসম IGBT নামেও পরিচিত। কাঠামোর প্রতিসাম্যটি প্রতিসম ব্রেকডাউন ভোল্টেজের বৈশিষ্ট্য প্রদান করে যেমন সামনের এবং বিপরীত ব্রেকডাউন ভোল্টেজগুলি সমান। এই কারণে, তারা এসি সার্কিট ব্যবহার করা হয়.

V-I IGBT এর বৈশিষ্ট্য

BJT এর বিপরীতে, IGBT হল একটি ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত যন্ত্র যার সংগ্রাহক কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করতে এর গেটে শুধুমাত্র একটি ছোট ভোল্টেজ প্রয়োজন। যাইহোক, গেট-ইমিটার ভোল্টেজ VGE থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজের চেয়ে বেশি হওয়া দরকার।

IGBT-এর স্থানান্তর বৈশিষ্ট্যগুলি আউটপুট সংগ্রাহক বর্তমান IC-এর সাথে ইনপুট ভোল্টেজ VGE-এর সম্পর্ক দেখায়। যখন VGE 0v হয়, তখন কোনো IC থাকে না এবং ডিভাইসটি বন্ধ থাকে। যখন VGE সামান্য বৃদ্ধি করা হয় কিন্তু থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ VGET-এর নিচে থাকে, তখন ডিভাইসটি বন্ধ থাকে কিন্তু একটি লিকেজ কারেন্ট থাকে। যখন VGE থ্রেশহোল্ড সীমা অতিক্রম করে, তখন IC বাড়তে শুরু করে এবং ডিভাইসটি চালু হয়। যেহেতু এটি একটি একমুখী যন্ত্র, তাই কারেন্ট শুধুমাত্র এক দিকে প্রবাহিত হয়।

প্রদত্ত গ্রাফটি ভিজিই-এর বিভিন্ন স্তরে সংগ্রাহক বর্তমান IC এবং সংগ্রাহক-ইমিটার ভোল্টেজ VCE-এর মধ্যে সম্পর্ক দেখায়। VGE < VGET-এ IGBT কাটঅফ মোডে থাকে এবং যেকোনো VCE-এ IC = 0 থাকে। VGE > VGET এ, IGBT সক্রিয় মোডে যায়, যেখানে VCE বৃদ্ধির সাথে IC বৃদ্ধি পায়। অধিকন্তু, প্রতিটি VGE-এর জন্য যেখানে VGE1 < VGE2 < VGE3, IC আলাদা।

বিপরীত ভোল্টেজ বিপরীত ভাঙ্গন সীমা অতিক্রম করা উচিত নয়. ফরোয়ার্ড ভোল্টেজও তাই। যদি তারা তাদের নিজ নিজ ভাঙ্গন সীমা অতিক্রম করে, অনিয়ন্ত্রিত কারেন্ট এর মধ্য দিয়ে যেতে শুরু করে।

BJT এবং MOSFET এর সাথে সাধারণ তুলনা

যেমনটি আমরা উপরে আলোচনা করেছি, IGBT BJT এবং MOSFET উভয়ের সেরা অংশ নেয়। অতএব, এটি প্রায় সব দিক থেকে উচ্চতর। এখানে IGBT, BJT এবং MOSFET এর মধ্যে তুলনা দেখানো কিছু বৈশিষ্ট্যের একটি চার্ট রয়েছে। আমরা পাওয়ার ডিভাইসগুলিকে তাদের সর্বোচ্চ ক্ষমতার সাথে তুলনা করছি।

বৈশিষ্ট্যগত	শক্তি BJT	পাওয়ার MOSFET	IGBT
ভোল্টেজ রেটিং	উচ্চ < 1kV	উচ্চ < 1kV	খুব উচ্চ > 1kV
বর্তমান রেটিং	উচ্চ < 500 A	কম < 200 A	খুব উচ্চ > 500 A
ইনপুট প্যারামিটার	বেস কারেন্ট, Lb	ভোল্টেজ, VGS	ভোল্টেজ,VGE
ইনপুট ড্রাইভ	বর্তমান লাভ (hfe) 20-200	ভোল্টেজ, VGS 3-10V	ভোল্টেজ, VGE 4-8V
ইনপুট ড্রাইভ পাওয়ার	হাই	লো	লো
ইনপুট ড্রাইভ সার্কিটরি	জটিল	সহজ	সরল
ইনপুট প্রতিবন্ধকতা	কম	উচ্চ	উচ্চ
আউটপুট প্রতিবন্ধকতা	কম	মাঝারি	কম
সুইচিং ক্ষতি	উচ্চ	নিম্ন	মাঝারি
স্যুইচিং গতি	কম	দ্রুত	মাঝারি
খরচ	কম	মাঝারি	উচ্চ

 

IGBT এর সুবিধা ও অসুবিধা

সুবিধাদি

IGBT সামগ্রিকভাবে BJT এবং MOSFET উভয়েরই সুবিধা রয়েছে।

এটি উচ্চ ভোল্টেজ এবং বর্তমান হ্যান্ডলিং ক্ষমতা আছে.

এটি একটি খুব উচ্চ ইনপুট প্রতিবন্ধকতা আছে.

এটি খুব কম ভোল্টেজ ব্যবহার করে খুব উচ্চ স্রোত পরিবর্তন করতে পারে।

এটি ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত অর্থাৎ এতে কোনো ইনপুট কারেন্ট এবং কম ইনপুট লস নেই।

গেট ড্রাইভ সার্কিট্রি সহজ এবং সস্তা।

ধনাত্মক ভোল্টেজ প্রয়োগ করে এটি সহজে চালু করা যায় এবং শূন্য বা সামান্য ঋণাত্মক ভোল্টেজ প্রয়োগ করে বন্ধ করা যায়।

এটির অন-স্টেট প্রতিরোধ ক্ষমতা খুবই কম

এটি একটি উচ্চ বর্তমান ঘনত্ব আছে, এটি একটি ছোট চিপ আকার আছে সক্রিয়.

এটি BJT এবং MOSFET উভয়ের চেয়ে বেশি শক্তি লাভ করেছে।

এটির BJT এর চেয়ে বেশি সুইচিং গতি রয়েছে।

 

অসুবিধা

এটির MOSFET এর চেয়ে কম সুইচিং গতি রয়েছে।

এটি একমুখী এটি বিপরীতে পরিচালনা করতে পারে না।

এটি উচ্চতর বিপরীত ভোল্টেজ ব্লক করতে পারে না।

এটি BJT এবং MOSFET থেকে ব্যয়বহুল।

থাইরিস্টরের মতো পিএনপিএন গঠনের কারণে এটিতে ল্যাচিং সমস্যা রয়েছে।

IGBT এর অ্যাপ্লিকেশন

আইজিবিটি-তে এসি এবং ডিসি সার্কিটে ব্যবহৃত অসংখ্য অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। এখানে IGBT এর কিছু গুরুত্বপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে

 

এটি SMPS (সুইচড মোড পাওয়ার সাপ্লাই) এ ব্যবহার করা হয় সংবেদনশীল চিকিৎসা সরঞ্জাম এবং কম্পিউটারে বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে।

এটি UPS (Uninterruptible Power Supply) সিস্টেমে ব্যবহৃত হয়।

এটি এসি এবং ডিসি মোটর ড্রাইভে ব্যবহৃত হয় যা গতি নিয়ন্ত্রণের প্রস্তাব দেয়।

এটি হেলিকপ্টার এবং ইনভার্টারে ব্যবহৃত হয়।

এটি সোলার ইনভার্টারে ব্যবহৃত হয়।