Thành phần và cấu tạo IGBT bếp từ - Cách hoạt động

IGBT là một linh kiện điện tử chủ chốt trong cấu tạo của bếp từ, giúp kiểm soát chính xác và hiệu quả nguồn điện nấu nướng. Trong bài viết này, Hafelehome sẽ cùng bạn khám phá chi tiết về thành phần, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IGBT, từ đó hiểu rõ hơn về sự linh hoạt và hiệu quả mà IGBT mang lại cho các thiết bị bếp từ hiện nay. 

IGBT trong bếp từ là gì?  

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là một linh kiện bán dẫn công suất, có 3 cực và được lắp đặt bên trong bếp từ. Thiết bị này hoạt động như một công tắc điện tử, có thể bật/ tắt một cách nhanh chóng. Nhờ IGBT, người dùng có thể điều chỉnh nhiệt độ và mức công suất của bếp dễ dàng hơn. 

Cấu tạo 

IGBT gồm 3 chân là G, C và E, được tạo thành từ sự kết hợp giữa MOSFET có khả năng đóng cắt nhanh và Transistor công suất có khả năng chịu tải lớn. Nhờ sự kết hợp này, IGBT vừa có tốc độ bật tắt nhanh giúp giảm tổn hao năng lượng, vừa chịu được điện áp và dòng điện cao, nên thường được sử dụng trong các mạch điện công suất như biến tần, bộ điều khiển động cơ hay nguồn điện cao áp. Cụ thể:

• Gate (G): Là nơi điện áp được đưa vào để quản lý việc mở hoặc đóng của linh kiện. Gate có chức năng như một công tắc, cho phép kích hoạt hoặc ngắt dòng điện khi đi qua IGBT. 
• Collector (C): Đây là chân kết nối của IGBT, nơi tiếp nhận dòng điện từ nguồn cung cấp khi thiết bị bắt đầu hoạt động. Chân Collector được kết hợp với một lớp bán dẫn đặc biệt, tạo ra một cấu trúc điện tử gọi là p-n-p. Cấu trúc này giúp IGBT có thể chịu được mức điện áp cao hơn, đảm bảo sự ổn định và an toàn khi bếp từ hoạt động với công suất lớn. 
• Emitter (E): Chân Emitter chịu trách nhiệm dẫn dòng điện ra khỏi IGBT. Sự kết hợp cấu trúc p-n-p giữa Emitter và Collector không chỉ giúp tăng cường khả năng chịu tải dòng điện và điện áp mà còn nâng cao hiệu suất của IGBT so với MOSFET thông thường. 

Nguyên lý hoạt động 

Trong bếp từ, sò công suất IGBT giữ vai trò trung tâm trong việc điều khiển và cung cấp năng lượng cho quá trình làm nóng. Linh kiện này chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành dòng điện cao tần, cho chạy qua cuộn dây cảm ứng đặt ngay bên dưới mặt kính. Khi dòng điện cao tần lưu thông, cuộn dây sinh ra từ trường biến thiên mạnh, đây chính là yếu tố then chốt giúp sinh nhiệt. 

Từ trường này không làm nóng trực tiếp mặt bếp mà tác động lên đáy nồi hoặc chảo bằng kim loại nhiễm từ (như sắt, gang), tạo ra dòng điện Foucault khiến nồi tự sinh nhiệt và làm chín thực phẩm. Nhờ khả năng đóng cắt nhanh và kiểm soát chính xác, IGBT giúp bếp hoạt động ổn định, làm nóng nhanh, tiết kiệm điện năng và đảm bảo an toàn trong suốt quá trình sử dụng. 

Phân loại IGBT bếp từ

IGBT cho bếp từ có nhiều loại khác nhau, được phân loại dựa trên:

• Dòng điện chịu tải: Các mức dòng chịu tải thông dụng của IGBT là 20A, 30A, 40A và 50A, tương ứng với từng mức công suất của bếp từ. Dòng chịu tải càng cao thì khả năng truyền tải năng lượng và hiệu suất hoạt động càng lớn.

• Điện áp chịu tải: IGBT có điện áp chịu tải phổ biến từ 600V -1200V, phù hợp với yêu cầu an toàn và ổn định của bếp từ. Điện áp càng cao thì khả năng chịu quá áp và độ bền linh kiện càng tốt.

• Thương hiệu và xuất xứ: IGBT được sản xuất bởi các thương hiệu đến từ châu Âu, Nhật Bản và Trung Quốc. Các sản phẩm của Nhật Bản (như Toshiba, Mitsubishi, Fuji Electric) và châu Âu (như Infineon, Semikron, STMicroelectronics) có độ bền cao, hoạt động ổn định và hiệu suất tốt. Trong khi đó, các dòng Trung Quốc (như Fairchild, Gree, HGTG, FGA series) có giá thành rẻ hơn, phù hợp với các dòng bếp từ phổ thông và nhu cầu thay thế linh kiện phổ biến.

• Cấu trúc chân cắm: IGBT có hai dạng chính là loại 3 chân (G, C, E) và loại 4 chân. Loại 3 chân thường dùng trong bếp từ gia dụng do thiết kế gọn, dễ thay thế, trong khi loại 4 chân dùng cho thiết bị công suất lớn cần tản nhiệt tốt hơn.

Tại sao IGBT lại quan trọng?

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) cung cấp nhiều lợi ích cho bếp từ, làm cho việc nấu nướng trở nên hiệu quả và linh hoạt hơn. Sau đây là một số lợi ích chính: 

• Hoạt động hiệu quả: IGBT là linh kiện trung tâm giúp bếp từ vận hành ổn định và tiết kiệm năng lượng. IGBT có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành dòng điện cao tần, tạo ra từ trường mạnh để làm nóng trực tiếp đáy nồi, giúp thức ăn chín nhanh và giảm hao phí điện năng.

• Độ bền cao: Với khả năng chịu tải và chịu nhiệt tốt, IGBT giúp mạch công suất của bếp hoạt động bền bỉ trong thời gian dài. Theo Infineon Technologies, các loại IGBT dùng trong bếp từ có thể chịu điện áp từ 650 V đến 1600 V, đảm bảo hiệu suất ổn định ngay cả khi bếp hoạt động liên tục ở công suất cao.

• Khả năng sử dụng: IGBT được xem là “trái tim” của bếp từ, chịu trách nhiệm điều khiển và đóng ngắt dòng điện cho toàn bộ hệ thống gia nhiệt. Nếu linh kiện này hỏng, bếp sẽ không thể sinh nhiệt cho đến khi được thay thế, vì mạch không còn khả năng tạo từ trường để làm nóng nồi.

• Tăng độ bền và tuổi thọ thiết bị: Nhờ cấu trúc kết hợp ưu điểm của MOSFET (đóng ngắt nhanh, tổn hao thấp) và BJT (chịu dòng lớn), IGBT giúp bếp hoạt động bền bỉ, hạn chế hư hỏng mạch công suất.
  

• Đảm bảo an toàn vận hành: Khi IGBT được tích hợp với mạch bảo vệ nhiệt, thiết bị có thể tự ngắt khi quá tải hoặc quá nhiệt, ngăn ngừa cháy nổ và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
  

Nguyên nhân và cách khắc phục khi IGBT nổ 

Nếu IGBT bếp từ bị nổ hoặc không hoạt động đúng cách sẽ dẫn đến sự cố trong việc điều chỉnh nhiệt độ, làm giảm hiệu quả năng lượng và thậm chí làm ngắt quãng quá trình nấu. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nấu nướng mà còn có thể rút ngắn tuổi thọ của bếp từ. 

Nguyên nhân 

IGBT bị nổ trên bếp từ có thể là do các nguyên nhân sau: 

• IGBT kém chất lượng: IGBT sử dụng chó bếp từ có bộ biến tần kém chất lượng, thường thấy ở các sản phẩm giá rẻ, không rõ nguồn gốc và thương hiệu, có thể làm tăng nguy cơ hư hỏng và cháy nổ. 
• Dùng sai mã IGBT: Mỗi loại bếp từ cần một mã IGBT phù hợp với bảng mạch của nó. Việc sử dụng sai mã IGBT khi thay thế có thể dẫn đến tình trạng hư hỏng và có  nguy cơ cháy nổ cao. 
• Đấu nối sai nguồn điện cho IGBT: Nếu IGBT được kết nối sai cách với nguồn điện có thể gây ra nổ. Những lỗi như chập cầu nắn diot hay lỗi mạch điều khiển (driver) cũng là những nguyên nhân phổ biến. 
• Vận hành quá tải: Nếu IGBT hoạt động vượt quá công suất cho phép của bếp từ trong thời gian dài và liên tục, sẽ dẫn đến rủi ro bị hỏng hoặc nổ. 

Cách khắc phục 

Để khắc phục và hạn chế tình trạng IGBT bếp từ nổ, bạn có thể tham khảo những phương pháp sau: 

• Thay thế IGBT chính hãng: Thay thế IGBT với các sản phẩm chính hãng phù hợp với mô hình bếp từ bạn đang sử dụng. Sử dụng linh kiện có thương hiệu rõ ràng sẽ giúp tăng độ bền và hiệu quả hoạt động của bếp từ. 
• Kiểm tra kỹ trước khi thay thế: Trước khi thay thế IGBT trong bếp từ, bạn nên kiểm tra kỹ mã số của IGBT mới so với mã số của IGBT hiện tại để đảm bảo chúng tương thích. Thông số kỹ thuật của IGBT thường được in trên thân của linh kiện hoặc nêu trong sách hướng dẫn sử dụng của thiết bị. 
• Chọn IGBT có thông số tương đương hoặc cao hơn: Khi thay thế, bạn nên lựa chọn các loại IGBT có thông số kỹ thuật bằng hoặc cao hơn loại đang sử dụng. Chẳng hạn, nếu bếp từ của bạn đang dùng IGBT mẫu GT15Q101 với thông số 1200V và 15A, và bạn cần thay thế, hãy chọn một mẫu như GT20Q101 có cùng điện áp 1200V nhưng dòng điện là 20A. Điều này đảm bảo bếp từ hoạt động ổn định và an toàn, tránh quá dòng hay quá áp. 
• Kiểm tra thử trước khi hoàn tất lắp đặt: Sau khi lắp đặt một IGBT mới vào bếp từ của bạn, bạn nên thực hiện một bài kiểm tra vận hành. Bật bếp và để thiết bị hoạt động trong vài phút, kiểm tra xem khối công suất và tầng kích của IGBT có đáp ứng tốt không, qua đó đảm bảo rằng mọi thứ hoạt động ổn định và an toàn trước khi đưa vào sử dụng thường xuyên. 

Ngoài ra, nếu bạn không chắc chắn về cách khắc phục và lắp đặt IGBT, bạn có thể nhờ đến sự trợ giúp của chuyên gia điện tử, để đảm bảo rằng mọi kết nối đều được thực hiện chính xác và an toàn. 

Một số lưu ý khi thay IGBT bếp từ  

Để đảm bảo an toàn khi thay IGBT cho bếp từ, bạn cần lưu ý một số điều sau: 

• Trước tiên, bạn hãy đảm bảo rằng nguồn điện cung cấp cho bếp từ đã được tắt hoàn toàn để tránh nguy cơ điện giật. 
• Dùng các dụng cụ chuyên dụng và phù hợp để tháo gỡ và lắp đặt IGBT, điều này sẽ giúp bạn tránh làm hỏng bếp từ và linh kiện mới. 
• Đeo găng tay cách điện và giày cách điện nếu có, đồng thời đảm bảo bạn đang đứng trên một mặt đất khô ráo khi tiến hành thay thế.
• Trước khi lắp đặt, kiểm tra kỹ mã và thông số kỹ thuật của IGBT mới để đảm bảo linh kiện phù hợp với mô hình của bếp từ bạn đang sử dụng.
• Nếu không chắc chắn về cách thực hiện, hãy nhờ đến sự trợ giúp của một kỹ thuật viên chuyên nghiệp. Việc này không chỉ giúp bạn an toàn hơn mà còn đảm bảo rằng IGBT được lắp đặt chính xác và bếp từ hoạt động hiệu quả sau khi thay thế. 
• Sau khi thay thế, hãy kiểm tra bếp từ bằng cách bật thử để xác nhận rằng IGBT hoạt động bình thường và không có dấu hiệu bất thường nào. 

Thực hiện đúng những điều trên sẽ giúp bạn đảm bảo an toàn khi thay IGBT cho bếp từ, đồng thời giảm thiểu rủi ro hư hỏng thiết bị hoặc tai nạn không đáng có. 

Hướng dẫn chọn bếp từ theo nhu cầu và ngân sách gia đình bạn 

Dưới đây là những kinh nghiệm chọn mua bếp từ phù hợp với nhu cầu và ngân sách của gia đình bạn. 

• Kích thước và số lượng vùng nấu: Nếu gia đình của bạn có ít người hoặc không gian bếp hạn chế, một bếp từ với chỉ một hoặc hai vùng nấu là lựa chọn hợp lý. Ngược lại, đối với các gia đình có nhiều thành viên hoặc thường xuyên tổ chức nấu nhiều món cùng lúc, việc chọn bếp từ có ba đến bốn vùng nấu sẽ là giải pháp tối ưu. 
• Lựa chọn các tính năng phù hợp: Nếu bạn chỉ cần nấu các món đơn giản, hãy lựa chọn bếp từ có tính năng cơ bản như điều chỉnh nhiệt và hẹn giờ. Đối với những ai cần nấu nhiều món ăn và muốn tiết kiệm thời gian nấu nướng, bạn có thể lựa chọn một chiếc bếp từ đa năng với các tính năng booster, chế độ nấu sẵn như hầm/ hấp, chiên/xào,.. 
• Tính năng an toàn: Để đảm bảo an toàn trong quá trình nấu ăn, bạn nên chọn những loại bếp từ có tính năng an toàn như khóa trẻ em, cảm biến nhiệt dư và tự động tắt khi quá nhiệt. 
• Chất liệu và thiết kế: Ưu tiên chọn bếp từ có mặt kính chịu lực, chịu nhiệt tốt để đảm bảo độ bền và dễ dàng vệ sinh sau khi sử dụng. Một số loại kính thường được sử dụng cho bếp từ như kính Schott Ceran, Ceramic, Eurokera,...
• Thương hiệu uy tín: Hiện nay trên thị trường có nhiều thương hiệu bếp từ nổi tiếng đến từ Châu Âu với độ bền cao, thiết kế hiện đại như Hafele, Bosch, Teka,... 

Hy vọng rằng thông qua bài viết này của Hafelehome, bạn đã có thể hiểu rõ hơn về thành phần và cấu tạo của IGBT bếp từ, từ đó nắm được nguyên lý hoạt động, cũng như nguyên nhân và cách khắc phục khi IGBT nổ.