पारंपरिक IGBT डिजाइनों के लिए ट्रेंचस्टॉप IGBT की तुलना: दक्षता और प्रदर्शन

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स आधुनिक प्रौद्योगिकी का एक महत्वपूर्ण पहलू है, जो विभिन्न अनुप्रयोगों जैसे कि औद्योगिक मशीनरी, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणाली, इलेक्ट्रिक वाहन (ईवीएस), और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में विद्युत ऊर्जा के रूपांतरण और नियंत्रण को सक्षम करता है। कई बिजली रूपांतरण प्रणालियों में एक प्रमुख घटक अछूता गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (IGBT) है। IGBTs का उपयोग उच्च वोल्टेज और वर्तमान कुशलता से संभालने की उनकी क्षमता के कारण अनुप्रयोगों को स्विच करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। हालांकि, उच्च दक्षता और बेहतर प्रदर्शन की मांग बढ़ने के बाद, उन्नत IGBT प्रौद्योगिकियों का विकास आवश्यक हो गया है। ऐसा ही एक नवाचार ट्रेंचस्टॉप IGBT है, जो पारंपरिक IGBT का एक विशेष संस्करण है जो दक्षता में सुधार करने, नुकसान को कम करने और समग्र सिस्टम प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

इस लेख में, हम तुलना करेंगे पारंपरिक IGBT डिजाइनों के लिए ट्रेंचस्टॉप IGBT तकनीक, दक्षता, प्रदर्शन और प्रमुख विशेषताओं में अंतर की खोज। इन कारकों की जांच करके, हम बेहतर तरीके से यह समझने का लक्ष्य रखते हैं कि ट्रेंचस्टॉप IGBT तकनीक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में एक उन्नति का प्रतिनिधित्व करती है और विभिन्न अनुप्रयोगों में इसका उपयोग क्यों किया जा रहा है।

IGBT क्या है?

की बारीकियों में गोता लगाने से पहले ट्रेंचस्टॉप IGBT और पारंपरिक IGBT डिजाइन, आइए पहले समझते हैं कि एक IGBT क्या है और यह कैसे काम करता है। एक अछूता गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (IGBT) एक प्रकार का अर्धचालक उपकरण है जो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर और फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FETs) दोनों की सर्वोत्तम विशेषताओं को जोड़ता है। IGBTS व्यापक रूप से उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों जैसे मोटर ड्राइव, पावर इनवर्टर और अन्य पावर रूपांतरण प्रणालियों में उपयोग किया जाता है।

IGBT में तीन मुख्य टर्मिनल होते हैं: कलेक्टर, एमिटर और गेट। गेट कलेक्टर और एमिटर के बीच करंट के प्रवाह को नियंत्रित करता है, जो एक बिजली के क्षेत्र बनाकर, एक FET के समान है। द्विध्रुवी विशेषताएं इसे उच्च वर्तमान स्तरों को संभालने की अनुमति देती हैं, जिससे यह पावर स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है।

IGBT का उपयोग बिजली को अत्यधिक कुशल तरीके से स्विच करने के लिए किया जाता है, जो इसे ऊर्जा-रूपांतरण प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण घटक बनाता है। पारंपरिक IGBT का उपयोग कई वर्षों से किया गया है, लेकिन ट्रेंचस्टॉप IGBT तकनीक जैसी प्रगति को उनकी दक्षता और प्रदर्शन को और बढ़ाने के लिए पेश किया गया है।

ट्रेंचस्टॉप IGBT क्या है?

ट्रेंचस्टॉप IGBT पारंपरिक IGBT का एक नया संस्करण है, जिसे Infineon Technologies द्वारा विकसित किया गया है। ट्रेंचस्टॉप IGBT की विशिष्ट विशेषता इसका ट्रेंच गेट डिज़ाइन है। इस डिजाइन में गेट और कंडक्टिंग चैनल के बीच विद्युत क्षेत्र नियंत्रण में सुधार करने के लिए सेमीकंडक्टर सामग्री में एक संकीर्ण खाई बनाना शामिल है। ट्रेंच संरचना कई फायदे प्रदान करती है, जिसमें ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप, कम स्विचिंग लॉस और बेहतर थर्मल मैनेजमेंट शामिल हैं।

ट्रेंच गेट संरचना के अलावा, ट्रेंचस्टॉप IGBTs अक्सर डिवाइस के समग्र प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए उन्नत नक़्क़ाशी तकनीकों और अनुकूलन के साथ बनाए जाते हैं। ये संवर्द्धन उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं जहां उच्च दक्षता और न्यूनतम बिजली हानि महत्वपूर्ण हैं।

ट्रेंचस्टॉप IGBT और पारंपरिक IGBT डिजाइनों के बीच प्रमुख अंतर

यह समझने के लिए कि ट्रेंचस्टॉप IGBT तकनीक पारंपरिक IGBTs की तुलना कैसे करती है, हमें IGBT प्रदर्शन के कई प्रमुख पहलुओं की जांच करनी चाहिए, जैसे कि स्विचिंग लॉस, कंडक्शन लॉस, थर्मल मैनेजमेंट, करंट हैंडलिंग और वोल्टेज क्षमता।

स्विचिंग लॉस

पारंपरिक IGBTs पर ट्रेंचस्टॉप IGBTs के सबसे महत्वपूर्ण लाभों में से एक स्विचिंग नुकसान को कम करने की उनकी क्षमता है। डिवाइस के ऑन और ऑफ स्टेट्स के बीच संक्रमण के दौरान स्विचिंग लॉस होता है, क्योंकि वोल्टेज और करंट तुरंत नहीं बदलता है। इन नुकसान के परिणामस्वरूप ऊर्जा अपव्यय और बिजली रूपांतरण प्रक्रिया में कम समग्र दक्षता होती है।

ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी एक ट्रेंच गेट संरचना का उपयोग करते हैं, जो पारंपरिक आईजीबीटी की तुलना में तेजी से स्विचिंग गति की अनुमति देता है। ट्रेंच डिज़ाइन IGBT को अधिक कुशलता से स्विच करने में सक्षम बनाता है, प्रत्येक संक्रमण के दौरान खोई हुई ऊर्जा को कम करता है। यह विशेष रूप से उच्च-आवृत्ति स्विचिंग अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है जहां स्विचिंग हानि को कम करने से सीधे समग्र प्रणाली दक्षता में सुधार होता है।

पारंपरिक IGBT डिजाइनों में, स्विचिंग लॉस धीमी स्विचिंग विशेषताओं के कारण अधिक होता है। पारंपरिक IGBTs में गेट कैपेसिटेंस और चार्ज स्टोरेज प्रभाव उन्हें अधिक धीरे -धीरे स्विच करने का कारण बनता है, जिससे लंबे समय तक संक्रमण समय और अधिक ऊर्जा हानि होती है। यह सीमा उन अनुप्रयोगों में पारंपरिक IGBTs को कम कुशल बनाती है जहां तेजी से स्विचिंग की आवश्यकता होती है।

चालन हानि

जब IGBT डिवाइस के माध्यम से IGBT है और वर्तमान में प्रवाह होता है, तो चालन हानि खोई हुई ऊर्जा को संदर्भित करती है। ये नुकसान IGBT के ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप के आनुपातिक हैं। ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप जितना अधिक होगा, चालन जितना अधिक नुकसान होगा।

ट्रेंचस्टॉप IGBTs इस संबंध में पारंपरिक IGBTs को बेहतर ढंग से बेहतर बनाते हैं क्योंकि उनकी ट्रेंच गेट संरचना ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप को कम करती है। इससे कम चालन नुकसान होता है, जिसका अर्थ है कि अधिक विद्युत ऊर्जा को कम से कम नुकसान के साथ डिवाइस के माध्यम से प्रेषित किया जाता है। चालन नुकसान में कमी से बिजली रूपांतरण प्रणालियों की समग्र दक्षता में सुधार होता है और ऑपरेशन के दौरान उत्पन्न गर्मी की मात्रा कम हो जाती है।

पारंपरिक IGBTS में, ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप सतह-आधारित गेट संरचना के कारण अधिक हो जाता है, जिससे चालन में वृद्धि हुई है। यह न केवल दक्षता को कम करता है, बल्कि उच्च गर्मी उत्पादन का कारण बनता है, जिससे बेहतर थर्मल प्रबंधन समाधान की आवश्यकता होती है।

थर्मल प्रबंधन

प्रभावी थर्मल प्रबंधन पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण है, क्योंकि उच्च शक्ति घनत्व संचालन के दौरान पर्याप्त मात्रा में गर्मी उत्पन्न कर सकते हैं। अत्यधिक गर्मी डिवाइस की विफलता, कम प्रदर्शन और कम जीवनकाल को जन्म दे सकती है।

ट्रेंचस्टॉप IGBTs बेहतर थर्मल प्रबंधन क्षमताओं के साथ डिज़ाइन किए गए हैं। ट्रेंच गेट डिज़ाइन डिवाइस में विद्युत क्षेत्र के वितरण में सुधार करके गर्मी अपव्यय प्रक्रिया को बढ़ाता है। यह एक स्थिर ऑपरेटिंग तापमान को बनाए रखते हुए ट्रेंचस्टॉप IGBTS को उच्च शक्ति के स्तर को संभालने की अनुमति देता है।

दूसरी ओर, पारंपरिक IGBTS में कम कुशल गर्मी अपव्यय होता है। उच्च राज्य वोल्टेज ड्रॉप और पारंपरिक आईजीबीटी में नुकसान स्विच करने से अधिक गर्मी उत्पादन होता है, जिससे थर्मल तनाव और संभावित ओवरहीटिंग हो सकती है।

वर्तमान हैंडलिंग

ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी अनुकूलित ट्रेंच संरचना के कारण पारंपरिक आईजीबीटी की तुलना में उच्च धाराओं को संभालने में सक्षम हैं। यह डिज़ाइन डिवाइस के भीतर बेहतर वर्तमान वितरण के लिए अनुमति देता है, जिससे यह महत्वपूर्ण प्रदर्शन गिरावट का अनुभव किए बिना बड़ी धाराओं को संभालने में सक्षम होता है।

पारंपरिक IGBTS में, डिवाइस की संरचना के कारण वर्तमान हैंडलिंग अधिक सीमित है। वर्तमान का वितरण स्थानीयकृत गर्म स्थानों का कारण बन सकता है, जिससे समय के साथ विफलता या कम दक्षता हो सकती है। ट्रेंचस्टॉप IGBTS डिवाइस की समग्र मजबूती में सुधार करते हुए, अधिक समान वर्तमान हैंडलिंग प्रदान करके इस मुद्दे को समाप्त करता है।

वोल्टेज क्षमता

ट्रेंचस्टॉप IGBTS में पारंपरिक IGBTs की तुलना में अधिक वोल्टेज क्षमता होती है। ट्रेंच संरचना डिवाइस के ब्रेकडाउन वोल्टेज को बेहतर बनाने में मदद करती है, जिससे यह प्रदर्शन से समझौता किए बिना उच्च वोल्टेज को संभालने की अनुमति देता है। यह उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां उच्च वोल्टेज रेटिंग की आवश्यकता होती है।

पारंपरिक IGBTs उच्च वोल्टेज को संभाल सकते हैं, लेकिन उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों की बात करते समय वे सीमाएँ रखते हैं, विशेष रूप से ऐसे वातावरण में जहां उच्च वोल्टेज और उच्च वर्तमान दोनों एक साथ मौजूद होते हैं। ट्रेंचस्टॉप IGBTs इस तरह के अनुप्रयोगों के लिए बेहतर अनुकूल हैं, जो उनके बेहतर वोल्टेज हैंडलिंग क्षमताओं के कारण हैं।

समग्र प्रदर्शन और दक्षता

जब यह समग्र प्रदर्शन और दक्षता की बात आती है, तो ट्रेंचस्टॉप IGBTS पारंपरिक IGBT डिजाइनों को समाप्त करता है। स्विचिंग और कंडक्शन लॉस दोनों को कम करके, थर्मल मैनेजमेंट में सुधार करना, और बेहतर करंट हैंडलिंग और वोल्टेज क्षमताओं को सक्षम करना, ट्रेंचस्टॉप IGBTS बिजली रूपांतरण प्रणालियों की समग्र दक्षता को बढ़ाता है। इसके परिणामस्वरूप कम ऊर्जा की खपत, परिचालन लागत कम हो गई और लंबे समय तक चलने वाले उपकरण हैं।

पारंपरिक IGBTS में, उच्च स्विचिंग और चालन हानि, जटिल थर्मल प्रबंधन समाधानों की आवश्यकता और सीमित वर्तमान हैंडलिंग क्षमताओं के कारण दक्षता अक्सर समझौता किया जाता है। जबकि पारंपरिक आईजीबीटी कई वर्षों से विश्वसनीय और प्रभावी रहे हैं, वे ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी के रूप में आधुनिक, उच्च दक्षता वाले अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित नहीं हैं।

ट्रेंचस्टॉप IGBT बनाम पारंपरिक IGBT के अनुप्रयोग

ट्रेंचस्टॉप IGBTS उन अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं जिनके लिए उच्च दक्षता, कम गर्मी उत्पादन, और उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर बेहतर प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। इसमे शामिल है:

• इलेक्ट्रिक वाहन (ईवीएस) : ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी का उपयोग इनवर्टर में डीसी को बैटरी से एसी में इलेक्ट्रिक मोटर्स को चलाने के लिए परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। उनकी उच्च दक्षता और कम स्विचिंग नुकसान लंबे समय तक बैटरी जीवन और बेहतर ड्राइविंग रेंज में योगदान करते हैं।

• अक्षय ऊर्जा प्रणाली : सौर और पवन ऊर्जा प्रणालियों में, ट्रेंचस्टॉप IGBT का उपयोग पावर इनवर्टर में किया जाता है ताकि डीसी को सौर पैनलों या पवन टर्बाइन से ग्रिड के लिए एसी में परिवर्तित किया जा सके। उनके कम नुकसान और बेहतर थर्मल प्रबंधन उन्हें इन प्रणालियों के लिए आदर्श बनाते हैं।

• औद्योगिक मोटर ड्राइव : ट्रेंचस्टॉप IGBTs का उपयोग मोटर ड्राइव में औद्योगिक मोटर्स की गति और टोक़ को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, समग्र प्रणाली दक्षता में सुधार और ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए।

• निर्बाध बिजली की आपूर्ति (यूपीएस) : ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटीएस यूपीएस सिस्टम की दक्षता में सुधार करते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि रूपांतरण प्रक्रिया के दौरान न्यूनतम ऊर्जा हानि के साथ बैकअप शक्ति प्रदान की जाती है।

पारंपरिक IGBTS , जबकि अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, उन अनुप्रयोगों के लिए अधिक अनुकूल हैं जिन्हें ट्रेंचस्टॉप IGBTS के समान स्तर के प्रदर्शन की आवश्यकता नहीं है। वे आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं:

• बुनियादी औद्योगिक मोटर नियंत्रण  प्रणाली जहां स्विचिंग आवृत्तियों कम हैं।

• एचवीएसी सिस्टम  जहां दक्षता महत्वपूर्ण है, लेकिन उच्च आवृत्ति स्विचिंग की आवश्यकता नहीं है।

निष्कर्ष

ट्रेंचस्टॉप IGBT तकनीक पारंपरिक IGBT डिजाइनों पर एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है। स्विचिंग लॉस, कंडक्शन लॉस को कम करके, और थर्मल मैनेजमेंट में सुधार करके, ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी बेहतर दक्षता और प्रदर्शन प्रदान करते हैं, जिससे वे आधुनिक बिजली रूपांतरण प्रणालियों के लिए एक आदर्श विकल्प बन जाते हैं।

इलेक्ट्रिक वाहन, नवीकरणीय ऊर्जा और औद्योगिक मोटर ड्राइव जैसे अनुप्रयोग ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी की बढ़ी हुई क्षमताओं से बहुत लाभान्वित होते हैं, जिससे सिस्टम दक्षता में सुधार, परिचालन लागत में कमी और लंबे समय तक घटक जीवनकाल होता है।

जियांगसू डोंगगई सेमीकंडक्टर कंपनी जैसी कंपनियों के रूप में, लिमिटेड ने नवाचार करना जारी रखा और अत्याधुनिक अर्धचालक समाधान प्रदान करना जारी रखा, ट्रेंचस्टॉप आईजीबीटी जैसी प्रौद्योगिकियों का प्रभाव बढ़ता रहेगा। अधिक कुशल और विश्वसनीय शक्ति रूपांतरण की पेशकश करके, ये प्रगति अधिक टिकाऊ, ऊर्जा-कुशल भविष्य के लिए मार्ग प्रशस्त करने में मदद कर रही हैं।