I saol na leictreonaic chumhachta nua -aimseartha, tá éifeachtúlacht, rialú, agus iontaofacht ríthábhachtach. Ó fheithiclí leictreacha go uathoibriú tionsclaíoch, ó chórais fuinnimh in -athnuaite go fearais tomhaltóirí, sainmhíníonn bainistíocht chumhachta éifeachtach rath na gcóras leictreonach. I gcroílár an rialaithe fuinnimh seo tá feiste leathsheoltóra bunúsach: an trasraitheoir bipolar geata inslithe, nó IGBT. Cé nach bhfuil nua, Leanann IGBTanna ar aghaidh ag forbairt agus ag dul i gceannas ar iarratais ina bhfuil ardchumhacht agus lascadh éifeachtach riachtanach.
Droichead idir dhá theicneolaíocht
An Is minic a dhéantar cur síos ar IGBT mar hibrideach de dhá theicneolaíocht trasraitheora: an MOSFET (trasraitheoir éifeacht allamuigh-ocsaídeoir miotail-ocsaídeora) agus an BJT (trasraitheoir acomhal bipolar). Tá cáil ar MOSFETanna as a luasanna lasctha go tapa agus as a n-oibríocht faoi rialú voltais, ach is fearr le BJTS an sruth ard a láimhseáil le titeann íseal voltais ar an stát, cé go dteastaíonn sruth uathu. Déanann an IGBT simplíocht an gheata-tiomána den MOSFET a chumasc le cumas láimhseála reatha an BJT, ag cruthú gléas trí chríochfort atá faoi rialú voltais ach atá optamaithe le haghaidh cásanna ardchumhachta.
Ó thaobh struchtúir de, tá IGBT tógtha ar ailtireacht leathsheoltóra ceithre chiseal-P+-N−-P-N+ go tipiciúil. Cruthaíonn an leictreoid geata barr-taobh struchtúr MOSFET a rialaíonn cainéal seoltaí idir an t-astaírí agus an bun-réigiún bunúsach, a fheidhmíonn mar bhonn trasraitheora seadánach PNP. Tá an mheicníocht rialaithe tríd an ngeata, ach baineann an príomh -chosán seolta tairbhe as iompar insteallta muirir an BJT. Ligeann an socrú uathúil seo don IGBT dul ar aghaidh le híos -thiomáint geata agus caillteanais seolta íseal a bhaint amach ag leibhéil arda reatha.
Prionsabail oibriúcháin i dtéarmaí praiticiúla
Chun tuiscint a fháil ar an dóigh a bhfeidhmíonn an IGBT i gciorcaid dhomhanda, smaoinigh ar ghnáth-inverter cumhachta i gcóras tiomána mótair leictreach. Le linn na hoibríochta, lascaíonn an IGBT ar aghaidh chun ligean don sruth sreabhadh trí na foirceannadh mótair, agus lascaíonn sé chun cur isteach ar an sreabhadh, ag cruthú comharthaí modhnaithe leithead cuisle (PWM) a shintéisiú tonnfhoirmeacha AC ó bhus DC.
Nuair a chuirtear voltas dearfach i bhfeidhm ar an gcríochfort geata i gcoibhneas leis an astaire, foirmeacha ciseal inbhéartaithe faoin ocsaíd geata, ag cur ar chumas sreafa leictreon sa chainéal MOS. Osclaíonn sé seo an cosán le haghaidh instealladh poll ón mbailitheoir isteach sa réigiún sruth - próiseas atá tipiciúil de ghléas bipolar. Laghdaíonn an t-instealladh muirir seo friotaíocht an réigiúin sruth go mór, agus mar thoradh air sin tá titim voltais ar an stát i bhfad níos ísle ná MOSFET inchomparáide, go háirithe ag voltais os cionn 400V.
Mar sin féin, nuair a bhaintear an voltas geata, dúnann an cainéal, agus casann an gléas as. Mar gheall ar an muirear stóráilte sa réigiún sruth (ón instealladh poll níos luaithe), tá moill ar a dtugtar an 'eireaball reatha', a thréithíonn iompar múchta an IGBT. Is féidir leis an sruth eireaball seo caillteanais a athrú agus cur isteach leictreamaighnéadach (EMI) mura ndéantar iad a bhainistiú i gceart. Is minic a thugann innealtóirí aghaidh ar seo trí chiorcaid snubber, trí thopagrafaicí lasctha bog, nó trí úsáid a bhaint as struchtúir IGBT ardleibhéil cosúil le malairtí allamuigh nó malairtí trinse a laghdaíonn éifeachtaí reatha eireaball.
Comhbhabhtálacha agus cúinsí innealtóireachta
Ceann de na gnéithe is tábhachtaí de bheith ag obair le IGBTS ná a gcomhbhabhtálacha feidhmíochta a thuiscint. I gcomparáid le MOSFETanna, is iondúil go dtugann IGBTanna caillteanais seolta níos ísle ag ardvoltais, ach tá a luasanna lasctha níos moille, agus bíonn sruthanna eireaball acu a mhéadaíonn caillteanais mhúchadh. Dá bhrí sin, is annamh a úsáidtear IGBTanna in iarratais ardmhinicíochta amhail soláthairtí cumhachta lasc-mhodha (SMPS) a oibríonn os cionn 100 kHz. Ina áit sin, tá siad ag sileadh i dtimpeallachtaí minicíochta níos ísle, ardchumhachta-de ghnáth 1 kHz go 20 kHz-áit a bhfuil a gcuid gnóthachan éifeachtúlachta níos mó ná an lascadh níos moille.
Is príomhfhachtóir dearaidh eile é feidhmíocht theirmeach. Toisc gur féidir le IGBTanna na céadta aimpéar a iompar agus na mílte volta a bhlocáil, ní mór dóibh teas suntasach a dhíscaoileadh. Tá bainistíocht theirmeach éifeachtach-via teasa teasa, aer éigeantach, nó fiú fuarú leachtach i modúil ardchumhachta-riachtanach. Is minic a chomhtháthaíonn dearaí inbhéartaithe modúil IGBT le braiteoirí teochta agus ciorcaid chosanta chun cosc a chur ar rith chun srutha teirmeach nó teip mar gheall ar chiorcaid ghearra.
Thairis sin, is minic a chuimsíonn modúil IGBT nua-aimseartha dé-óidí freewheeling atá nasctha le frith-chomhthreomhar le gach IGBT. Déanann na dé-óidí seo sruth le linn thréimhse an timthrialla lasctha in ualaí ionduchtacha amhail mótair. Ní mór a n-iompar aisghabhála droim ar ais a bhreithniú freisin i gcásanna lasctha ardluais, mar is féidir leis tionchar a imirt ar éifeachtúlacht agus béim a chur ar an IGBT le linn casadh.
Iarratais agus comhtháthú fíor-dhomhanda
Tá IGBTanna i gcroílár thiomáineann mótair, go háirithe i dtiomántáin minicíochta athraitheacha (VFDS) a úsáidtear i uathoibriú tionsclaíoch. Ceadaíonn siad rialú beacht ar luas mótair agus ar chasmhóimint, rud a fhágann go mbíonn coigilteas fuinnimh substaintiúil agus saol trealaimh leathnaithe ann. I bhfeithiclí leictreacha, cruthaíonn IGBTanna an cnámh droma lasctha de inverters tarraingthe, ag bainistiú sreabhadh cumhachta ón gceallra go dtí an mótar leictreach le héifeachtúlacht ard. Féadfaidh inbhéartóir amháin EV úsáid a bhaint as il -IGBTanna ag athrú ag deich gcileagram agus na mílte volta.
I bhfuinneamh in-athnuaite, amhail córais fhótavoltacha agus gaoithe, bainistíonn IGBTS an tiontú DC-AC a theastaíonn le haghaidh comhoiriúnacht eangaí. Is minic a úsáideann inverters illeibhéil IGBTanna i bhfoirmíochtaí easghluaiseachta chun caillteanais lasctha a laghdú agus chun caighdeán na dtonnfhoirm voltais a fheabhsú. Tá na gléasanna seo ríthábhachtach freisin i dtarchur ardvoltais DC (HVDC), áit a bhfuil éifeachtúlacht thar achair fhada ríthábhachtach. Mar gheall ar iontaofacht, stóinseacht theirmeach, agus cumas lasctha IGBTanna tá siad oiriúnach do thimpeallachtaí ardleibhéil den sórt sin.
Fiú amháin i leictreonaic tomhaltóra, bíonn tionchar ag IGBTanna. Baineann cócaireáin ionduchtaithe, oighinn micreathonnach, agus comhbhrúiteoirí HVAC úsáid as IGBTanna le haghaidh rialú cumhachta éifeachtach agus sofhreagrach. Cé go bhféadfadh fearais ísealchumhachta a bheith ag brath ar MOSFETanna, baineann iarratais ard-reatha leas as an éifeachtúlacht agus as an simplíocht a thairgeann IGBTS.
Dul chun cinn teicneolaíochta agus treochtaí sa todhchaí
Éabhlóid Leanann teicneolaíocht IGBT ag tabhairt aghaidh ar go leor dá teorainneacha traidisiúnta. Mar gheall ar fhorbairt IGBTanna trinse, a úsáideann struchtúir geata ingearacha chun dlús na gcainéal a mhéadú agus caillteanais seolta a laghdú, tá sé tar éis comhbhabhtálacha níos fearr a dhéanamh idir luas lasctha agus éifeachtúlacht. Idir an dá linn, ionchorpraíonn IGBTanna allamuigh ciseal dopáilte go speisialta a choisceann sruth eireaball agus a fheabhsaíonn feidhmíocht lasctha.
Ina theannta sin, tá an tionscal ag bogadh i dtreo modúil IGBT a chomhtháthaíonn sliseanna iomadúla le tiománaithe geata, braiteoirí teochta, agus loighic chosanta i bpacáiste dlúth amháin. Laghdaíonn na modúil seo castacht dearaidh agus feabhsaíonn siad iontaofacht fhoriomlán an chórais.
Tá iomaíocht mhéadaitheach ann freisin idir MOSFETs IGBTS agus SIC (Silicon Carbide), go háirithe in iarratais os cionn 1,200 volta. Tairgeann feistí SIC lascadh níos tapúla, caillteanais níos ísle, agus teorainneacha teirmeacha níos airde, cé go bhfuil siad ar chostas níos airde. Táthar ag súil go gcoinneoidh IGBTs ceannas i raonta lár an voltais (600–1700V) áit a bhfuil íogaireacht costais fós ríthábhachtach, agus de réir a chéile faigheann leathsheoltóirí bandgap leathan sciar den mhargadh in earnálacha ardfheidhmíochta ard.
Deireadh
Is ionann an trasraitheoir bipolar geata inslithe agus ceann de na samplaí is rathúla d'innealtóireacht leathsheoltóra i réimse na leictreonaice cumhachta. Trí rialú geata voltais-tiomáinte MOSFET a chur le chéile le seoladh ard-chaillteanais BJTS, seachadann IGBTanna réiteach uathúil agus cumhachtach chun fuinneamh a bhainistiú in iarratais gan áireamh.
Ní féidir ró -iompar a dhéanamh ar a ról maidir le hiompar a leictriú, éifeachtúlacht thionsclaíoch a fheabhsú, agus comhtháthú fuinnimh in -athnuaite a chumasú. De réir mar a fhásann an t -éileamh ar chórais cumhachta glana, éifeachtúla agus cliste, leanfaidh IGBTanna ag forbairt, ag coinneáil a n -ábharthachta agus ag an am céanna ag teacht le teicneolaíochtaí atá ag teacht chun cinn.
Ní hamháin go dtugann tuiscint ar IGBTanna léargas ar an gcaoi a bhfeidhmíonn leictreonaic nua-aimseartha ach go n-osclaíonn sé an doras chun an chéad ghlúin eile de chórais chlmart fuinnimh a dhearadh. Cibé an mac léinn, an t -innealtóir, nó an díograiseoir teicneolaíochta thú, tá meas agat ar phrionsabail agus ar fheidhmeanna IGBTanna ríthábhachtach chun an bonneagar a thugann cumhacht dár saol a thuiscint.
