ইনসুলেটেড গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর (আইজিবিটিএস) এর মূল বিষয়গুলি বোঝা: তারা কীভাবে কাজ করে এবং কেন তারা গুরুত্বপূর্ণ

আধুনিক পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের জগতে দক্ষতা, নিয়ন্ত্রণ এবং নির্ভরযোগ্যতা গুরুত্বপূর্ণ। বৈদ্যুতিক যানবাহন থেকে শুরু করে শিল্প অটোমেশন, পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি সিস্টেমগুলি ভোক্তা সরঞ্জামগুলিতে, দক্ষ পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট বৈদ্যুতিন সিস্টেমগুলির সাফল্যকে সংজ্ঞায়িত করে। এই শক্তি নিয়ন্ত্রণের কেন্দ্রবিন্দুতে একটি মৌলিক অর্ধপরিবাহী ডিভাইস রয়েছে: অন্তরক গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর বা আইজিবিটি। নতুন না হলেও, আইজিবিটিগুলি এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে বিকশিত এবং প্রাধান্য দিতে থাকে যেখানে উচ্চ শক্তি এবং দক্ষ স্যুইচিং অপরিহার্য।

দুটি প্রযুক্তির মধ্যে একটি সেতু

দ্য আইজিবিটি প্রায়শই দুটি ট্রানজিস্টর প্রযুক্তির সংকর হিসাবে বর্ণনা করা হয়: মোসফেট (ধাতব-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড-এফেক্ট ট্রানজিস্টর) এবং বিজেটি (বাইপোলার জংশন ট্রানজিস্টর)। এমওএসএফইটিগুলি তাদের দ্রুত স্যুইচিং গতি এবং ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত অপারেশনের জন্য পরিচিত, যেখানে বিজেটিএস কম অন-স্টেট ভোল্টেজ ড্রপগুলির সাথে উচ্চ কারেন্ট পরিচালনা করতে এক্সেল করে, যদিও তাদের ড্রাইভের জন্য বর্তমানের প্রয়োজন হয়। আইজিবিটি এমওএসএফইটির গেট-ড্রাইভিং সরলতা বিজেটি-র বর্তমান-হ্যান্ডলিং সক্ষমতার সাথে একীভূত করে, একটি তিন-টার্মিনাল ডিভাইস গঠন করে যা ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত তবে উচ্চ-শক্তি পরিস্থিতির জন্য অনুকূলিত।

কাঠামোগতভাবে, একটি আইজিবিটি একটি চার-স্তর সেমিকন্ডাক্টর আর্কিটেকচারে নির্মিত-সাধারণত পি+-এন−-পি-এন+। শীর্ষ-পাশের গেট ইলেক্ট্রোড ইমিটার এবং অন্তর্নিহিত বেস অঞ্চলের মধ্যে একটি পরিবাহী চ্যানেল নিয়ন্ত্রণ করে একটি মোসফেট কাঠামো গঠন করে, যা ফলস্বরূপ একটি পরজীবী পিএনপি ট্রানজিস্টরের ভিত্তি হিসাবে কাজ করে। নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাটি গেটের মাধ্যমে রয়েছে, তবুও মূল বাহন পথ বিজেটি -র চার্জ ইনজেকশন আচরণ থেকে উপকৃত হয়। এই অনন্য বিন্যাসটি আইজিবিটিকে ন্যূনতম গেট ড্রাইভের সাথে চালু করার অনুমতি দেয় যখন এখনও উচ্চ বর্তমান স্তরে কম সঞ্চালনের ক্ষতি অর্জন করে।

ব্যবহারিক ক্ষেত্রে অপারেশনাল নীতি

আইজিবিটি কীভাবে রিয়েল-ওয়ার্ল্ড সার্কিটগুলিতে কাজ করে তা বোঝার জন্য, বৈদ্যুতিক মোটর ড্রাইভ সিস্টেমে একটি সাধারণ পাওয়ার ইনভার্টার বিবেচনা করুন। অপারেশন চলাকালীন, আইজিবিটি মোটর উইন্ডিংগুলির মধ্য দিয়ে প্রবাহকে প্রবাহিত করার জন্য স্যুইচ করে এবং প্রবাহকে বাধা দেওয়ার জন্য স্যুইচ অফ করে, ডাল-প্রস্থের মডুলেটেড (পিডব্লিউএম) সংকেত তৈরি করে যা ডিসি বাস থেকে এসি তরঙ্গরূপগুলি সংশ্লেষিত করে।

যখন ইমিটারের সাথে সম্পর্কিত গেট টার্মিনালে একটি ইতিবাচক ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়, তখন গেট অক্সাইডের নীচে একটি বিপরীত স্তর তৈরি হয়, এমওএস চ্যানেলে বৈদ্যুতিন প্রবাহকে সক্ষম করে। এটি সংগ্রাহক থেকে ড্রিফ্ট অঞ্চলে গর্ত ইনজেকশনের জন্য পথ উন্মুক্ত করে - দ্বিপদী ডিভাইসের একটি প্রক্রিয়া। এই চার্জ ইনজেকশনটি ড্রিফ্ট অঞ্চলের প্রতিরোধকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, যার ফলে তুলনামূলক এমওএসএফইটি-র তুলনায় বিশেষত 400V এর উপরে ভোল্টেজগুলিতে অনেক কম অন-স্টেট ভোল্টেজ ড্রপ হয়।

যাইহোক, যখন গেট ভোল্টেজ সরানো হয়, চ্যানেলটি বন্ধ হয়ে যায় এবং ডিভাইসটি বন্ধ হয়ে যায়। ড্রিফ্ট অঞ্চলে সঞ্চিত চার্জের কারণে (আগের গর্ত ইনজেকশন থেকে), একটি বিলম্ব রয়েছে 'লেজ কারেন্ট, ' হিসাবে পরিচিত যা আইজিবিটি-র টার্ন-অফ আচরণের বৈশিষ্ট্যযুক্ত। এই লেজের বর্তমানটি সঠিকভাবে পরিচালিত না হলে লোকসান এবং বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় হস্তক্ষেপ (ইএমআই) স্যুইচিং করতে পারে। ইঞ্জিনিয়াররা প্রায়শই স্নুবার সার্কিট, নরম-স্যুইচিং টপোলজির মাধ্যমে বা ফিল্ড-স্টপ বা ট্রেঞ্চ ভেরিয়েন্টগুলির মতো উন্নত আইজিবিটি কাঠামো ব্যবহার করে যা লেজের বর্তমান প্রভাবগুলি হ্রাস করে।

ট্রেড-অফস এবং ইঞ্জিনিয়ারিং বিবেচনা

আইজিবিটিএসের সাথে কাজ করার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হ'ল তাদের পারফরম্যান্স ট্রেড-অফগুলি বোঝা। এমওএসএফইটিগুলির সাথে তুলনা করে, আইজিবিটিগুলি সাধারণত উচ্চ ভোল্টেজগুলিতে কম সঞ্চালনের ক্ষতির প্রস্তাব দেয় তবে তাদের স্যুইচিংয়ের গতি ধীর হয় এবং তারা লেজ স্রোতে ভোগে যা টার্ন-অফ লোকসান বাড়ায়। অতএব, আইজিবিটিএস উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে খুব কমই ব্যবহৃত হয় যেমন স্যুইচ-মোড পাওয়ার সাপ্লাই (এসএমপি) 100 কেজি হার্জের উপরে অপারেটিং। পরিবর্তে, তারা নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-শক্তি পরিবেশে জ্বলজ্বল করে-সাধারণত 1 কেজি হার্জ থেকে 20 কেজিজন-যেখানে তাদের দক্ষতা লাভ ধীর স্যুইচিংয়ের চেয়ে বেশি।

তাপীয় পারফরম্যান্স আরেকটি মূল নকশা ফ্যাক্টর। যেহেতু আইজিবিটিএস শত শত অ্যাম্পিয়ার বহন করতে পারে এবং হাজার হাজার ভোল্ট ব্লক করতে পারে, তাদের অবশ্যই উল্লেখযোগ্য তাপ বিলুপ্ত করতে হবে। কার্যকর তাপীয় পরিচালনা-ভিআইএ তাপ ডুবে, জোর করে বায়ু, এমনকি উচ্চ-শক্তি মডিউলগুলিতে তরল কুলিং-এটি প্রয়োজনীয়। বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল ডিজাইনগুলি প্রায়শই তাপমাত্রা সেন্সর এবং সুরক্ষা সার্কিটগুলির সাথে আইজিবিটি মডিউলগুলিকে সংহত করে যা শর্ট সার্কিটের কারণে তাপীয় পলাতক বা ব্যর্থতা রোধ করতে।

তদুপরি, আধুনিক আইজিবিটি মডিউলগুলিতে প্রায়শই প্রতিটি আইজিবিটি-র সাথে অ্যান্টি-প্যারালালিতে সংযুক্ত ফ্রি হুইলিং ডায়োডগুলি অন্তর্ভুক্ত থাকে। এই ডায়োডগুলি মোটরগুলির মতো ইনডাকটিভ লোডগুলিতে স্যুইচিং চক্রের অফ-পিরিয়ডের সময় স্রোত পরিচালনা করে। তাদের বিপরীত পুনরুদ্ধারের আচরণটি অবশ্যই উচ্চ-গতির স্যুইচিং পরিস্থিতিতেও বিবেচনা করা উচিত, কারণ এটি দক্ষতার উপর প্রভাব ফেলতে পারে এবং টার্ন-অনের সময় আইজিবিটিকে চাপ দিতে পারে।

রিয়েল-ওয়ার্ল্ড অ্যাপ্লিকেশন এবং সংহতকরণ

আইজিবিটিএস মোটর ড্রাইভের মূল অংশে রয়েছে, বিশেষত শিল্প অটোমেশনে ব্যবহৃত ভেরিয়েবল-ফ্রিকোয়েন্সি ড্রাইভ (ভিএফডিএস) এ। তারা মোটর গতি এবং টর্কের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়, যার ফলে যথেষ্ট পরিমাণে শক্তি সঞ্চয় এবং বর্ধিত সরঞ্জামের জীবন ঘটে। বৈদ্যুতিক যানবাহনগুলিতে, আইজিবিটিএস ট্র্যাকশন ইনভার্টারগুলির স্যুইচিং ব্যাকবোন গঠন করে, উচ্চ দক্ষতার সাথে ব্যাটারি থেকে বৈদ্যুতিক মোটরে বিদ্যুৎ প্রবাহ পরিচালনা করে। একটি একক ইভি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল একাধিক আইজিবিটিএস দশ কিলোওয়াট এবং হাজার হাজার ভোল্টে স্যুইচিং ব্যবহার করতে পারে।

পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তিতে যেমন ফটোভোলটাইক এবং বায়ু সিস্টেমে আইজিবিটিএস গ্রিডের সামঞ্জস্যের জন্য প্রয়োজনীয় ডিসি-এসি রূপান্তর পরিচালনা করে। মাল্টি-লেভেল ইনভার্টারগুলি প্রায়শই ক্যাসকেড কনফিগারেশনে আইজিবিটি ব্যবহার করে স্যুইচিং ক্ষতি হ্রাস করতে এবং ভোল্টেজ তরঙ্গরূপের গুণমান উন্নত করতে। এই ডিভাইসগুলি উচ্চ-ভোল্টেজ ডিসি (এইচভিডিসি) সংক্রমণেও সমালোচিত, যেখানে দীর্ঘ দূরত্বে দক্ষতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। আইজিবিটিগুলির নির্ভরযোগ্যতা, তাপীয় দৃ ust ়তা এবং স্যুইচিং ক্ষমতা এ জাতীয় উচ্চ-স্টেক পরিবেশের জন্য তাদের উপযুক্ত করে তোলে।

এমনকি ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সেও আইজিবিটিগুলি প্রভাব ফেলে। ইন্ডাকশন কুকার, মাইক্রোওয়েভ ওভেন এবং এইচভিএসি সংক্ষেপকগুলি দক্ষ এবং প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি নিয়ন্ত্রণের জন্য আইজিবিটি ব্যবহার করে। যদিও স্বল্প-পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলি এমওএসএফইটিগুলির উপর নির্ভর করতে পারে, উচ্চ-বর্তমান অ্যাপ্লিকেশনগুলি আইজিবিটিএস অফার করে এমন দক্ষতা এবং সরলতা থেকে উপকৃত হয়।

প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং ভবিষ্যতের প্রবণতা

বিবর্তন আইজিবিটি প্রযুক্তি তার traditional তিহ্যবাহী সীমাবদ্ধতার অনেকগুলি সম্বোধন করে চলেছে। চ্যানেল ঘনত্ব বাড়াতে এবং বাহন হ্রাস হ্রাস করতে উল্লম্ব গেট স্ট্রাকচার ব্যবহার করে ট্রেঞ্চ আইজিবিটিগুলির বিকাশ, স্যুইচিং গতি এবং দক্ষতার মধ্যে আরও ভাল বাণিজ্য-বন্ধের অনুমতি দিয়েছে। ফিল্ড-স্টপ আইজিবিটিএস, ইতিমধ্যে, একটি বিশেষভাবে ডোপড স্তর অন্তর্ভুক্ত করে যা লেজের বর্তমানকে দমন করে এবং স্যুইচিং পারফরম্যান্সকে বাড়িয়ে তোলে।

অতিরিক্তভাবে, শিল্পটি আইজিবিটি মডিউলগুলির দিকে এগিয়ে চলেছে যা গেট ড্রাইভার, তাপমাত্রা সেন্সর এবং সুরক্ষা যুক্তির সাথে একাধিক চিপগুলিকে একক কমপ্যাক্ট প্যাকেজে সংহত করে। এই মডিউলগুলি ডিজাইনের জটিলতা হ্রাস করে এবং সামগ্রিক সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করে।

আইজিবিটি এবং এসআইসি (সিলিকন কার্বাইড) এমওএসএফইটিগুলির মধ্যে বিশেষত 1,200 ভোল্টের উপরে অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ক্রমবর্ধমান প্রতিযোগিতাও রয়েছে। এসআইসি ডিভাইসগুলি উচ্চতর ব্যয়ে দ্রুত স্যুইচিং, কম লোকসান এবং উচ্চতর তাপীয় সীমা সরবরাহ করে। আইজিবিটিএস মিড-ভোল্টেজ রেঞ্জগুলিতে (600–1700V) আধিপত্য বজায় রাখবে বলে আশা করা হচ্ছে যেখানে ব্যয় সংবেদনশীলতা সমালোচনামূলক থেকে যায়, অন্যদিকে প্রশস্ত-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টরগুলি ধীরে ধীরে অতি উচ্চ-পারফরম্যান্স সেক্টরে বাজারের শেয়ার অর্জন করে।

উপসংহার

ইনসুলেটেড গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের ক্ষেত্রে সেমিকন্ডাক্টর ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অন্যতম সফল উদাহরণ উপস্থাপন করে। বিজেটিএসের উচ্চ-বর্তমান, কম-পরাজয়ের বাহিনীর সাথে এমওএসএফইটিগুলির ভোল্টেজ-চালিত গেট নিয়ন্ত্রণের সংমিশ্রণ করে, আইজিবিটিএস অগণিত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে শক্তি পরিচালনার জন্য একটি অনন্য এবং শক্তিশালী সমাধান সরবরাহ করে।

পরিবহনকে বিদ্যুতায়িত, শিল্প দক্ষতা উন্নত করতে এবং পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি সংহতকরণ সক্ষম করার ক্ষেত্রে তাদের ভূমিকা বাড়াবাড়ি করা যায় না। পরিষ্কার, দক্ষ এবং বুদ্ধিমান পাওয়ার সিস্টেমের চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে আইজিবিটিগুলি উদীয়মান প্রযুক্তির সাথে সহাবস্থান করার সময় তাদের প্রাসঙ্গিকতা বজায় রেখে বিকশিত হতে থাকবে।

আইজিবিটিএস বোঝা কেবল আধুনিক ইলেকট্রনিক্স কীভাবে কাজ করে তা অন্তর্দৃষ্টি সরবরাহ করে না তবে পরবর্তী প্রজন্মের শক্তি-স্মার্ট সিস্টেমগুলির ডিজাইনের দরজাও উন্মুক্ত করে। আপনি একজন শিক্ষার্থী, প্রকৌশলী বা প্রযুক্তি উত্সাহী, আইজিবিটিএসের নীতি ও প্রয়োগগুলির প্রশংসা করা আমাদের বিশ্বকে শক্তি প্রয়োগ করে এমন খুব অবকাঠামো বোঝার মূল বিষয়।