IGBT là gì? Phân tích từ cấu tạo đến ứng dụng thực tế trong mạch công suất

Thứ Sáu, 09/05/2025 Huỳnh Chí Diễn

Nội dung bài viết

🔧 IGBT là gì? Phân tích từ cấu tạo đến ứng dụng thực tế trong mạch công suất

Mở bài: IGBT – "Trái tim" của mạch công suất hiện đại

Nếu bạn từng tháo một mạch biến tần, một bếp từ, hay một bộ sạc xe điện, bạn sẽ thấy một linh kiện “to cao lực lưỡng”, nằm giữa bo mạch, có ba chân, thường gắn trên tản nhiệt. Đó chính là IGBT – “anh hùng thầm lặng” của ngành công nghiệp điện tử công suất.

Nhưng IGBT là gì? Tại sao linh kiện này lại phổ biến đến mức có mặt ở gần như mọi mạch chuyển đổi công suất từ dân dụng đến công nghiệp?

Bài viết này sẽ giúp bạn:

Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của IGBT
Biết khi nào nên dùng IGBT, khi nào nên dùng MOSFET hay SCR
Thấy rõ ứng dụng thực tế trong biến tần, inverter, UPS, xe điện, và hơn thế nữa

1. IGBT là gì? – Tên dài, công dụng còn dài hơn

IGBT là viết tắt của Insulated Gate Bipolar Transistor, hay tạm dịch là Transistor lưỡng cực điều khiển bằng cổng cách ly. Nghe có vẻ rối, nhưng thật ra nó là sự kết hợp giữa hai "cao thủ" trong ngành bán dẫn:

BJT (Bipolar Junction Transistor): Dẫn dòng lớn, chịu tải cao.
MOSFET: Điều khiển dễ dàng bằng điện áp, tốc độ đóng ngắt nhanh.

IGBT ra đời để kết hợp ưu điểm của cả hai, cho phép điều khiển dòng điện lớn với tín hiệu điều khiển đơn giản.

Từ khoá: IGBT là gì, IGBT transistor

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động – Vừa cơ bắp, vừa thông minh

📌 Cấu tạo cơ bản:

IGBT có ba chân:

G (Gate): Cổng điều khiển
C (Collector): Cực thu
E (Emitter): Cực phát

Bên trong, IGBT gồm một tầng MOSFET điều khiển phía trên, kết hợp với một tầng BJT dẫn dòng phía dưới.

⚙️ Nguyên lý hoạt động:

Khi đặt điện áp dương vào chân Gate, MOSFET bật → kích hoạt dòng chạy từ Collector đến Emitter qua lớp bán dẫn BJT.
Khi ngắt điện áp Gate, mạch bị khóa, dòng ngắt hoàn toàn.

🔁 Tóm gọn bằng hình ảnh:

MOSFET là "người mở cổng thông minh", BJT là "người gánh nước lực lưỡng", còn IGBT là... người gác cổng có cơ bắp nhưng điều khiển bằng giọng nói!

3. Ưu – nhược điểm của IGBT

✅ Ưu điểm:

Chịu điện áp cao (600V – 1200V – 1600V...)
Dẫn dòng lớn: Từ vài chục đến hàng trăm ampere
Đóng ngắt nhanh: Thích hợp cho mạch PWM, biến tần

❌ Nhược điểm:

Tần số đóng ngắt không cao bằng MOSFET
Cần bảo vệ chống áp ngược và nhiệt độ tốt

Vì vậy, IGBT cực kỳ phù hợp với ứng dụng công suất lớn – tần số trung bình (khoảng 20-50kHz).

4. Ứng dụng thực tế của IGBT – Xuất hiện ở đâu?

🔋 1. Trong mạch biến tần – inverter

Điều khiển động cơ 3 pha
Biến điện áp DC thành AC bằng PWM
IGBT giúp tiết kiệm điện, giảm tiếng ồn, bảo vệ động cơ tốt hơn

☀️ 2. Trong inverter điện mặt trời

Chuyển đổi từ DC (tấm pin) sang AC (lưới)
Phải chịu dòng lớn, điện áp cao, liên tục hoạt động ngoài trời → IGBT là lựa chọn số 1

🔌 3. Trong bộ lưu điện UPS

Đảm bảo dòng điện đầu ra ổn định, tức thời khi mất điện

🧼 4. Trong thiết bị gia dụng: bếp từ, máy giặt, máy lạnh inverter

Đóng mở công suất gia nhiệt, điều khiển mô-tơ
Nhờ IGBT, thiết bị tiết kiệm điện và bền bỉ hơn

🚗 5. Trong xe điện – hybrid

Điều khiển mô-tơ truyền động
Quản lý pin – sạc – xả

Từ khoá: ứng dụng IGBT, IGBT trong biến tần, IGBT inverter

5. So sánh nhanh: IGBT – MOSFET – BJT

Tiêu chí	IGBT	MOSFET	BJT
Điều khiển	Bằng điện áp	Bằng điện áp	Bằng dòng điện
Dòng chịu tải	Rất cao	Trung bình – cao	Rất cao
Điện áp chịu đựng	Trung bình – cao	Thường < 600V	Cao
Tần số hoạt động	Trung bình (~20-50kHz)	Cao (lên đến MHz)	Thấp
Ứng dụng chính	Biến tần, inverter	DC-DC, mạch cao tần	Mạch công suất đơn giản

6. Cách nhận biết và kiểm tra IGBT

👀 Nhận biết:

3 chân: G – C – E
Mã thường gặp: IRG4PC50, GT60M, STGW30NC, MG100Q2YS…
Thường gắn tản nhiệt lớn, có thể có vít giữ

🧪 Cách kiểm tra (bằng đồng hồ số):

Đặt thang đo diode
Kiểm tra giữa C – E: không dẫn
Dùng que đỏ chạm Gate, que đen chạm Emitter → nạp điện tạm thời
Chuyển que sang đo C–E → thấy dẫn điện → IGBT “còn sống”
Chập G–E để xả → C–E lại không dẫn

Cảnh báo: Không dùng đồng hồ kim – có thể làm hỏng cổng Gate!

Từ khoá: kiểm tra IGBT, chân IGBT, đo IGBT

Kết luận: Vì sao IGBT là “ông hoàng” trong mạch công suất?

IGBT là sự kết hợp hoàn hảo giữa sức mạnh và độ chính xác. Khi bạn cần điều khiển dòng lớn, điện áp cao, mà vẫn muốn mạch nhỏ gọn, hiệu quả – IGBT luôn là lựa chọn đáng tin cậy.

Hiểu rõ IGBT là gì, khi nào dùng, cách kiểm tra, bạn sẽ tránh được nhiều lỗi hỏng mạch không đáng có, và làm chủ những hệ thống điện hiện đại từ nhỏ tới lớn.

📘 Tiếp theo trong chuỗi blog kỹ thuật:

⚔️ Phân biệt IGBT và MOSFET – Loại nào phù hợp cho mạch bạn đang thiết kế?