IGBT là gì? Tổng quan về IGBT trong hàn cơ khí

IGBT là gì và vì sao linh kiện này lại được nhắc đến nhiều trong các dòng máy hàn điện tử hiện nay? Trong ngành cơ khí, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là linh kiện bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm trong mạch inverter, giúp chuyển đổi và kiểm soát dòng điện một cách ổn định.

Nhờ đặc tính đóng ngắt nhanh, chịu tải cao và hiệu suất tốt, IGBT được ứng dụng rộng rãi trong máy hàn inverter, máy cắt plasma và nhiều thiết bị công suất trong công nghiệp cơ khí. Hiểu rõ IGBT không chỉ giúp bạn nắm được nguyên lý vận hành của máy hàn điện tử mà còn hỗ trợ lựa chọn thiết bị phù hợp và bền bỉ hơn trong thực tế sử dụng.

Cùng theo dõi bài viết sau để biết chi tiết nhé!

1. IGBT là gì?

IGBT là gì? IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là một linh kiện bán dẫn công suất, được sử dụng để đóng – ngắt và điều khiển dòng điện lớn trong các thiết bị điện công nghiệp. Trong ngành cơ khí, IGBT xuất hiện phổ biến trong máy hàn điện tử inverter, máy cắt plasma và biến tần.

Về bản chất, IGBT là sự kết hợp giữa:

• MOSFET (điều khiển bằng điện áp, đóng ngắt nhanh)
• Transistor lưỡng cực BJT (chịu dòng lớn, công suất cao)

Nhờ đó, IGBT vừa dễ điều khiển, vừa có khả năng tải dòng mạnh – rất phù hợp với các thiết bị công suất như máy hàn.

1.1. IGBT có vai trò gì trong thiết bị cơ khí?

Trong các thiết bị cơ khí sử dụng nguồn điện lớn, IGBT đảm nhiệm chức năng:

• Chuyển mạch đóng – ngắt dòng điện với tần số cao
• Điều chỉnh công suất đầu ra
• Ổn định điện áp và dòng hàn

Đối với máy hàn điện tử, IGBT giúp:

• Hồ quang ổn định
• Dòng hàn mượt hơn
• Giảm tổn hao năng lượng
• Thu nhỏ kích thước máy so với máy biến áp truyền thống

Chính vì vậy, hầu hết các dòng máy hàn inverter hiện nay đều sử dụng IGBT công suất.

1.2. Vì sao IGBT quan trọng trong máy hàn điện tử?

Máy hàn điện tử hoạt động theo nguyên lý inverter:

• Bước 1: Chỉnh lưu điện AC thành DC
• Bước 2: Chuyển đổi thành dòng cao tần
• Bước 3: Hạ áp qua biến áp xung
• Bước 4: Ổn định lại dòng hàn đầu ra

Trong quá trình này, IGBT là linh kiện chịu trách nhiệm chuyển mạch cao tần. Nếu IGBT hoạt động tốt:

• Máy hàn chạy êm
• Hồ quang ít bắn tóe
• Dòng hàn ổn định hơn

Ngược lại, khi IGBT hỏng, máy có thể:

• Không lên nguồn
• Cháy cầu chì
• Hồ quang yếu hoặc chập chờn

1.3. IGBT có phải là transistor không?

Có. IGBT là một loại transistor công suất, nhưng khác với transistor truyền thống ở chỗ nó được cách ly cổng điều khiển bằng lớp oxit (giống MOSFET), giúp:

• Điều khiển bằng điện áp thay vì dòng
• Tổn hao điều khiển thấp
• Hiệu suất cao hơn trong mạch công suất

Vì vậy, trong lĩnh vực cơ khí và máy hàn điện tử, IGBT được ưu tiên hơn các loại transistor cũ.

2. Cấu tạo và ký hiệu IGBT

Sau khi hiểu IGBT là gì, để nắm rõ hơn cách linh kiện này hoạt động trong máy hàn điện tử, cần tìm hiểu về cấu tạo bên trong và ký hiệu IGBT trên sơ đồ mạch.

2.1. Cấu tạo cơ bản của IGBT

IGBT là linh kiện bán dẫn công suất có cấu trúc kết hợp giữa MOSFET và transistor lưỡng cực (BJT). Cấu tạo của IGBT gồm ba chân chính:

• Gate (G) – Chân điều khiển
• Collector (C) – Chân thu
• Emitter (E) – Chân phát

Cấu trúc bên trong

Về cấu trúc vật lý, IGBT gồm:

• Lớp điều khiển cách điện (giống MOSFET)
• Lớp bán dẫn N và P xếp chồng
• Phần dẫn dòng công suất lớn (giống BJT)

Nhờ lớp cách điện ở cổng Gate, IGBT được điều khiển bằng điện áp thay vì dòng điều khiển lớn. Điều này giúp:

• Giảm tổn hao năng lượng
• Đóng ngắt nhanh
• Phù hợp với mạch inverter công suất cao

Trong máy hàn điện tử, các IGBT công suất thường được gắn trên khối tản nhiệt nhôm để đảm bảo làm mát khi làm việc ở dòng lớn.

2.2. Ký hiệu IGBT trên sơ đồ mạch

Trên sơ đồ điện tử, ký hiệu IGBT thường có hình dạng tương tự transistor nhưng có thêm phần thể hiện cổng điều khiển cách ly.

Ký hiệu cơ bản gồm:

• Ba chân: G (Gate), C (Collector), E (Emitter)
• Mũi tên chỉ hướng dòng giữa Collector và Emitter
• Đường điều khiển cách ly tại chân Gate

Trong mạch máy hàn inverter, IGBT thường:

• Được bố trí theo cặp hoặc theo cầu H
• Gắn gần biến áp xung
• Có thêm diode song song bảo vệ (diode hồi tiếp)

Việc nhận biết đúng ký hiệu IGBT trên sơ đồ giúp:

• Sửa chữa và kiểm tra IGBT chính xác
• Phân biệt với MOSFET
• Đọc hiểu mạch công suất trong máy hàn điện tử

2.3. Phân biệt ký hiệu IGBT và MOSFET

Nhiều người nhầm lẫn giữa IGBT và MOSFET vì cả hai đều có 3 chân và được điều khiển bằng điện áp.

Khác biệt chính:

• MOSFET có ký hiệu Drain – Source – Gate
• IGBT có ký hiệu Collector – Emitter – Gate
• IGBT thường có diode hồi tiếp tích hợp trong ký hiệu

Trong các dòng máy hàn công suất lớn, IGBT được ưu tiên hơn MOSFET nhờ khả năng chịu dòng cao và ổn định hơn khi tải nặng.

Tìm hiểu: Hàn xì là gì?

3. Nguyên lý hoạt động của IGBT

Để hiểu sâu hơn IGBT là gì, cần nắm được nguyên lý hoạt động của IGBT trong mạch công suất. Về bản chất, IGBT hoạt động như một “công tắc điện tử” đóng – ngắt dòng điện lớn, nhưng được điều khiển bằng điện áp nhỏ tại chân Gate.

3.1. Nguyên lý đóng – ngắt cơ bản

IGBT có ba chân chính:

• Gate (G) – điều khiển
• Collector (C) – đầu vào dòng công suất
• Emitter (E) – đầu ra dòng công suất

Cơ chế hoạt động:

• Khi có điện áp đặt vào chân Gate → IGBT mở (dẫn dòng từ Collector sang Emitter)
• Khi không có điện áp tại Gate → IGBT đóng (ngắt dòng)

Điểm đặc biệt là Gate được cách ly bằng lớp oxit, nên dòng điều khiển rất nhỏ. Nhờ vậy:

• Tổn hao điều khiển thấp
• Đóng ngắt nhanh
• Hiệu suất cao

Chính cơ chế này giúp IGBT phù hợp với mạch inverter tần số cao.

3.2. IGBT hoạt động trong máy hàn điện tử như thế nào?

Trong máy hàn inverter, nguyên lý chung gồm các bước:

• Bước 1: Chỉnh lưu điện AC thành DC
• Bước 2: IGBT chuyển mạch DC thành dòng cao tần
• Bước 3: Biến áp xung hạ áp
• Bước 4: Chỉnh lưu lại thành dòng hàn DC đầu ra

Ở bước thứ 2, IGBT đóng – ngắt hàng nghìn lần mỗi giây (tần số cao). Nhờ vậy:

• Kích thước biến áp nhỏ hơn
• Máy hàn gọn nhẹ hơn
• Dòng hàn ổn định và ít dao động

Nếu IGBT hoạt động tốt:

• Hồ quang êm
• Ít bắn tóe
• Độ ngấu ổn định

Nếu IGBT hỏng:

• Máy không lên nguồn
• Cháy cầu chì
• Dòng hàn chập chờn

3.3. Vì sao IGBT phù hợp công suất cao?

So với MOSFET, IGBT:

• Chịu dòng lớn tốt hơn
• Ổn định hơn khi tải nặng
• Ít sụt áp khi dòng cao

Nhờ đó, IGBT công suất được sử dụng rộng rãi trong:

• Máy hàn điện tử
• Biến tần công nghiệp
• Máy cắt plasma

Tham khảo: Hàn điện là gì?

4. IGBT công suất và vai trò trong máy hàn inverter

Trong các thiết bị công nghiệp, đặc biệt là máy hàn điện tử, không phải loại IGBT nào cũng giống nhau. Để đáp ứng dòng hàn lớn và làm việc liên tục, nhà sản xuất sử dụng IGBT công suất – phiên bản chịu tải cao, chuyên dùng trong mạch inverter.

4.1. IGBT công suất là gì?

IGBT công suất là linh kiện bán dẫn được thiết kế để:

• Chịu điện áp cao (thường 600V – 1200V hoặc hơn)
• Chịu dòng lớn (hàng chục đến hàng trăm ampe)
• Làm việc ở tần số đóng ngắt cao

Khác với IGBT thông thường dùng trong mạch nhỏ, IGBT công suất có:

• Kích thước lớn hơn
• Gắn trực tiếp trên khối tản nhiệt nhôm
• Có thể đi kèm module nhiều chip trong một khối

Trong máy hàn inverter, các IGBT công suất thường được bố trí thành cặp hoặc theo cầu để đảm bảo khả năng chuyển mạch ổn định.

4.2. Vai trò của IGBT công suất trong máy hàn inverter

Trong cấu trúc máy hàn điện tử, IGBT công suất đóng vai trò trung tâm của mạch inverter.

Chức năng chính gồm:

• Chuyển mạch dòng điện ở tần số cao
• Điều chỉnh công suất đầu ra theo dòng hàn cài đặt
• Giúp biến áp xung hoạt động hiệu quả
• Ổn định hồ quang

Nhờ IGBT công suất:

• Máy hàn nhỏ gọn hơn so với máy biến áp truyền thống
• Hiệu suất chuyển đổi điện năng cao hơn
• Dòng hàn ổn định, ít dao động

Điều này đặc biệt quan trọng trong các phương pháp hàn như MIG, TIG và hàn que inverter.

4.3. Vì sao máy hàn hiện đại ưu tiên IGBT?

So với công nghệ MOSFET trước đây, IGBT công suất có những lợi thế:

• Khả năng chịu tải lớn hơn
• Hoạt động ổn định khi dòng cao
• Tổn hao thấp ở công suất lớn
• Tuổi thọ cao nếu tản nhiệt tốt

Chính vì vậy, đa số các dòng máy hàn inverter công suất từ trung đến lớn hiện nay đều sử dụng IGBT thay vì MOSFET.

4.4. IGBT công suất ảnh hưởng thế nào đến chất lượng máy hàn?

Chất lượng IGBT quyết định:

• Độ ổn định hồ quang
• Độ bền mạch công suất
• Khả năng làm việc liên tục
• Khả năng chống quá tải

Máy hàn sử dụng IGBT công suất chất lượng cao thường:

• Ít nóng
• Ít hỏng mạch
• Chạy êm hơn
• Tiết kiệm điện hơn

Vì vậy, khi lựa chọn máy hàn điện tử, việc quan tâm đến loại IGBT công suất sử dụng là yếu tố rất quan trọng.

Xem thêm: Xỉ hàn là gì?

5. Kiểm tra IGBT trong máy hàn

IGBT là linh kiện công suất quan trọng trong máy hàn inverter. Khi IGBT gặp sự cố, máy hàn có thể không hoạt động hoặc hoạt động không ổn định. Vì vậy, biết cách kiểm tra IGBT sẽ giúp xác định nhanh nguyên nhân hỏng hóc và tránh thay thế sai linh kiện.

5.1. Dấu hiệu IGBT trong máy hàn bị hỏng

Trước khi tiến hành kiểm tra IGBT, cần nhận biết một số dấu hiệu thường gặp:

• Máy hàn không lên nguồn
• Cầu chì cháy ngay khi bật máy
• Máy có điện nhưng không có dòng hàn
• Hồ quang yếu, chập chờn
• Máy nóng bất thường

Trong nhiều trường hợp, IGBT bị chập Collector – Emitter là nguyên nhân chính.

5.2. Cách kiểm tra IGBT bằng đồng hồ vạn năng

Để kiểm tra IGBT trong máy hàn, cần:

• Tắt nguồn hoàn toàn
• Xả tụ điện trước khi thao tác
• Tháo IGBT ra khỏi mạch (nếu cần kiểm tra chính xác)

Bước 1: Đo giữa Collector và Emitter

• Chuyển đồng hồ về chế độ đo diode hoặc ohm
• Đo giữa hai chân C và E
• Nếu hiển thị gần 0Ω → IGBT có khả năng bị chập

Bước 2: Kiểm tra Gate

• Đo giữa Gate – Emitter
• Nếu có dấu hiệu chập mạch → IGBT hỏng

Bước 3: So sánh với linh kiện tốt

Trong trường hợp nghi ngờ, nên so sánh với IGBT cùng loại còn hoạt động tốt để xác định chính xác.

5.3. Lưu ý an toàn khi kiểm tra IGBT

• Luôn xả tụ trước khi đo
• Không đo khi máy còn điện
• Không chạm trực tiếp tay vào chân linh kiện khi chưa đảm bảo an toàn

IGBT công suất trong máy hàn thường làm việc ở điện áp cao, vì vậy thao tác kiểm tra cần cẩn trọng.

5.4. Khi nào nên thay IGBT?

IGBT cần thay thế khi:

• Bị chập hoàn toàn
• Nổ vỏ hoặc cháy chân
• Gây cháy cầu chì lặp lại

Việc thay IGBT cần đúng thông số điện áp và dòng chịu tải để tránh hỏng lại.

6. So sánh IGBT và MOSFET trong máy hàn

Trong các dòng máy hàn inverter, hai loại linh kiện bán dẫn công suất thường được nhắc đến là IGBT và MOSFET. Cả hai đều dùng để đóng – ngắt dòng điện trong mạch công suất, nhưng đặc tính hoạt động và phạm vi ứng dụng lại khác nhau.

Việc hiểu rõ sự khác biệt này sẽ giúp người dùng đánh giá chất lượng máy hàn điện tử trước khi lựa chọn.

6.1. Điểm giống nhau giữa IGBT và MOSFET

• Đều là linh kiện bán dẫn công suất
• Đều hoạt động như công tắc điện tử
• Đều được điều khiển bằng điện áp tại chân Gate
• Đều dùng trong mạch inverter của máy hàn

Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở khả năng chịu tải và hiệu suất khi làm việc ở công suất cao.

6.2. Bảng so sánh IGBT và MOSFET trong máy hàn

6.3. Vì sao máy hàn hiện đại ưu tiên IGBT?

Trong máy hàn điện tử công suất từ trung đến lớn (200A trở lên), IGBT có lợi thế:

• Chịu dòng cao ổn định
• Ít nóng hơn khi tải nặng
• Bền hơn trong môi trường làm việc liên tục

MOSFET vẫn được dùng trong các dòng máy nhỏ, nhưng với nhu cầu công nghiệp hoặc hàn kết cấu thép dày, IGBT công suất là lựa chọn tối ưu hơn.

6.4. Nên chọn máy hàn IGBT hay MOSFET?

• Làm dân dụng nhẹ, ít tải → MOSFET có thể đáp ứng
• Làm công trình, hàn thép dày, làm việc liên tục → nên chọn máy hàn dùng IGBT

Vì vậy, khi tìm hiểu IGBT là gì và vai trò của nó, có thể thấy đây là linh kiện quyết định hiệu suất và độ bền của máy hàn inverter hiện đại.

Qua những phân tích trên, có thể thấy IGBT không chỉ là một linh kiện bán dẫn thông thường mà là thành phần cốt lõi quyết định hiệu suất và độ ổn định của máy hàn inverter. Từ cấu tạo, ký hiệu IGBT đến nguyên lý hoạt động và khả năng chịu tải của IGBT công suất, tất cả đều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hồ quang và tuổi thọ thiết bị.

Trong ngành cơ khí, việc hiểu rõ IGBT là gì và vai trò của nó sẽ giúp người dùng đánh giá chính xác hơn khi lựa chọn máy hàn điện tử. Một máy hàn sử dụng IGBT chất lượng cao thường cho dòng hàn ổn định, tiết kiệm điện và vận hành bền bỉ hơn trong môi trường làm việc thực tế.

Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp máy hàn inverter hiệu suất cao, việc quan tâm đến công nghệ IGBT chính là yếu tố quan trọng không nên bỏ qua.

Công ty Cổ phần Công Nghiệp Weldcom

• Địa chỉ: 285 Ngô Gia Tự, Phường Việt Hưng, Hà Nội
• Hotline: 1900 9410
• Website: weldcom.vn
• Email: sales@weldcom.vn