Ժամանակակից էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնիկայի աշխարհում արդյունավետությունը, վերահսկողությունը եւ հուսալիությունը կրիտիկական են: Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներից մինչեւ արդյունաբերական ավտոմատացում, սպառողական տեխնիկայի վերականգնվող էներգիայի համակարգերը, էներգիայի արդյունավետ կառավարումը սահմանում է էլեկտրոնային համակարգերի հաջողությունը: Էներգետիկայի այս հսկողության հիմքում ընկած է հիմնարար կիսահաղորդչային սարք. Մեկուսացված դարպասի երկբեւեռ տրանզիստորը կամ IGBT: Չնայած ոչ նոր, IGBTS- ը շարունակում է զարգացնել եւ գերակշռել դիմումները, որտեղ անհրաժեշտ են բարձր էներգիա եւ արդյունավետ անցում:
Երկու տեխնոլոգիաների միջեւ կամուրջ
Է IGBT- ն հաճախ նկարագրվում է որպես երկու տրանզիստոր տեխնոլոգիաների հիբրիդ. MOSFET (մետաղական-օքսիդ-կիսահաղորդչային դաշտային-էֆեկտի տրանզիստոր) եւ BJT (երկբեւեռ հանգույցի տրանզիստոր): Mosfets- ը հայտնի է իրենց արագ անցման արագությամբ եւ լարման միջոցով վերահսկվող գործողության համար, մինչդեռ BJTS Excel- ը ցածր հոսանքի բեռնաթափման մեջ ցածր է ցածր լարման կաթիլներով, չնայած դրանք պահանջում են հոսանք: IGBT- ն խստացնում է մոգանքի դարպասի վարման պարզությունը BJT- ի ընթացիկ բեռնաթափման հնարավորությամբ, կազմելով եռաչափ սարք, որը լարման վերահսկվող, բայց օպտիմիզացված է բարձր էներգիայի սցենարների համար:
Կառուցվածքային առումով, IGBT- ն կառուցված է չորս շերտի կիսահաղորդչային ճարտարապետության վրա. Սովորաբար p + - N- - P - N +: Վերեւ կողմնակի դարպասի էլեկտրոդը ձեւավորում է Movfet կառուցվածքը, որը վերահսկում է հաղորդիչ ալիքը Emitter- ի եւ հիմքում ընկած բազայի տարածաշրջանի միջեւ, որն իր հերթին գործում է որպես մակաբուծական PNP տրանզիստորի հիմք: Վերահսկիչ մեխանիզմը դարպասի միջոցով է, բայց իրականացման հիմնական ուղին օգուտ է տալիս BJT- ի մեղադրվող ներարկման պահից: Այս եզակի պայմանավորվածությունը IGBT- ին թույլ է տալիս միացնել նվազագույն դարպասի սկավառակով, մինչդեռ դեռեւս հասնում են ցածր ընթացքի ցածր մակարդակներում անցկացման ցածր կորուստների:
Գործառնական սկզբունքները գործնական առումով
Հասկանալու համար, թե ինչպես է IGBT- ն գործում է իրական աշխարհի սխեմաներում, հաշվի առեք էլեկտրական շարժիչի համակարգում բնորոշ էներգիայի ինվերիտոր: Գործողության ընթացքում IGBT- ն անցնում է, որպեսզի հոսանքը հոսալ շարժիչային ոլորունների միջով եւ անջատիչ է հոսքը ընդհատելու համար, ստեղծելով զարկերակային լայնությամբ ազդանշաններ, որոնք սինթեզում են AC ալիքային ձեւերը:
Երբ դրական լարման է կիրառվում դարպասի տերմինալի նկատմամբ Emitter- ի համեմատ, դարպասի օքսիդի տակ գտնվող շրջադարձային շերտի ձեւեր, որոնք հնարավորություն են տալիս էլեկտրոնի հոսքը: Սա բացում է կոլեկտորից կուտակել տարածաշրջանի անցքի ներարկման ուղին. Երկաթեւային սարքի բնորոշ գործընթաց: Այս գանձման ներարկումը զգալիորեն նվազեցնում է Դրեյֆի շրջանի դիմադրությունը, ինչը հանգեցնում է շատ ավելի ցածր պետական լարման անկմանը, քան համեմատելի մոգեթը, հատկապես 400 Վ-ից բարձր լարում:
Այնուամենայնիվ, երբ դարպասի լարումը հանվում է, ալիքը փակվում է, եւ սարքն անջատվում է: Դրեյֆի շրջանում պահված լիցքի պատճառով (ավելի վաղ անցքի ներարկումից) կա ուշացում, որը հայտնի է որպես 'պոչի հոսանք, որը բնութագրում է IGBT- ի անջատման պահվածքը: Այս պոչի հոսանքը կարող է հանգեցնել կորուստների եւ էլեկտրամագնիսական միջամտության (EMI) փոխարկմանը (EMI), եթե պատշաճ կերպով կառավարվում է: Ինժեներները հաճախ դրանով դիմում են կոպիտ սխեմաներով, փափուկ փոխարկող տեղաբանություններով կամ օգտագործելով առաջադեմ IGBT կառույցներ, ինչպիսիք են դաշտային կանգառը կամ խրամատների տարբերակները, որոնք նվազեցնում են պոչի ընթացիկ էֆեկտները:
Առեւտրային եւ ինժեներական նկատառումներ
IGBTS- ի հետ աշխատելու ամենակարեւոր կողմերից մեկը նրանց կատարողականի առեւտրի եւ փոխհատուցումն է: Mosfets- ի համեմատ, IGBTS- ը, ընդհանուր առմամբ, առաջարկում է ստորին վարքային կորուստներ բարձր լարման պայմաններում, բայց դրանց անջատիչ արագությունը դանդաղ է, եւ նրանք տառապում են պոչի կորուստներից: Հետեւաբար, IGBTS- ը հազվադեպ է օգտագործվում բարձր հաճախականության ծրագրերում, ինչպիսիք են 100 կՀց-ից բարձր գործառնական անջատիչ սարքի պարագաներ (SMP): Փոխարենը, նրանք փայլում են ավելի ցածր հաճախականությամբ, բարձր էներգիայի միջավայրում, սովորաբար 1 կՀց-ից 20 կՀց, որտեղ դրանց արդյունավետությունը գերազանցում է դանդաղ անցումը:
Ther երմային աշխատանքը ձեւավորման եւս մեկ կարեւոր գործոն է: Քանի որ IGBTS- ը կարող է հարյուրավոր ամպեր կրել եւ արգելափակել հազարավոր վոլտներ, նրանք պետք է զգալի ջերմություն տարածեն: Արդյունավետ ջերմային կառավարում `ջերմային լվացարանների, հարկադիր օդի կամ նույնիսկ հեղուկ սառեցման բարձր էներգիայի մոդուլներում` անհրաժեշտ է: Inverter Designs- ը հաճախ ինտեգրում է IGBT մոդուլները ջերմաստիճանի տվիչներով եւ պաշտպանական սխեմաներով `կարճ սխեմաների պատճառով ջերմային փախուստի կամ ձախողումը կանխելու համար:
Ավելին, ժամանակակից IGBT մոդուլները հաճախ ներառում են անվճար տարբեր դիոդներ, որոնք կապված են յուրաքանչյուր IGBT- ի հակա-զուգահեռ: Այս դիոդներն ընթացիկ են պահում անցումային ցիկլի անջատման փուլում `ինդուկտիվ բեռներով, ինչպիսիք են շարժիչները: Նրանց հակադարձ վերականգնման պահվածքը պետք է դիտարկվի նաեւ արագընթաց անջատման սցենարներում, քանի որ այն կարող է ազդեցության արդյունավետության վրա եւ շեշտել IGBT- ն:
Իրական աշխարհի դիմումներ եւ ինտեգրում
IGBTS- ը գտնվում է շարժիչային կրիչների հիմքում, մասնավորապես `արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ օգտագործվող փոփոխական հաճախականության կրիչներում (VFDS): Դրանք թույլ են տալիս ճշգրիտ վերահսկողություն շարժիչային արագության եւ ոլորող մոմենտի, ինչը հանգեցնում է էներգետիկ խնայողությունների եւ երկարաձգված սարքավորումների կյանքի: Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում IGBTS- ը ձեւավորում է քաշման ինվերտորների անջատիչ ողնաշարը, մարտկոցից էլեկտրական շարժիչով էներգիայի հոսքը կառավարելը բարձր արդյունավետությամբ: EV- ի մեկ ինվերտորը կարող է օգտագործել բազմաթիվ IGBTS անցում, տասնյակ կիլովատներ եւ հազարավոր վոլտեր:
Վերականգնվող էներգիայով, ինչպիսիք են ֆոտովոլտային եւ քամու համակարգերը, IGBTS- ը կառավարում է ցանց-AC փոխարկումը, որը անհրաժեշտ է ցանցային համատեղելիության համար: Բազմաֆունկցիոնալ ինվերտորներ հաճախ օգտագործում են IGBTS- ը Cascade Configurations- ում `կորուստների կորուստները նվազեցնելու եւ լարման ալիքի ձեւի որակը բարելավելու համար: Այս սարքերը կարեւոր են նաեւ բարձրավոլտ DC (HVDC) փոխանցման մեջ, որտեղ երկար հեռավորությունների վրա արդյունավետությունը շատ կարեւոր է: Հուսալիությունը, ջերմային կայունությունը եւ IGBT- ների անցումը դրանք լավ են հարմարեցնում նման բարձր ցցերի միջավայրի համար:
Նույնիսկ սպառողական էլեկտրոնիկայում IGBTS- ը ազդեցություն է թողնում: Ինդուկցիոն խոհարարներ, միկրոալիքային վառարաններ եւ HVAC կոմպրեսորներ օգտագործում են IGBTS- ը արդյունավետ եւ արձագանքող էներգիայի վերահսկման համար: Չնայած ցածր էլեկտրական սարքերը կարող են ապավինել Mosfets- ին, ավելի բարձր ընթացիկ դիմումները օգտվում են IGBTS- ի առաջարկի արդյունավետությունից եւ պարզությունից:
Տեխնոլոգիական առաջընթացը եւ ապագա միտումները
Էվոլյուցիան IGBT տեխնոլոգիան շարունակում է անդրադառնալ իր ավանդական սահմանափակումներից շատերին: Խրամատի IGBT- ների զարգացումը, որոնք օգտագործում են ուղղահայաց դարպասի կառուցվածքներ `ալիքի խտությունը բարձրացնելու եւ իրականացման կորուստների նվազեցման համար, թույլ են տվել ավելի լավ առեւտրի եւ արդյունավետության միջեւ: Դաշտային կանգառի IGBTS, միեւնույն ժամանակ, ներառեք հատուկ դոպեդային շերտ, որը ճնշում է պոչը ընթացիկ եւ ուժեղացնում է կատարումը:
Բացի այդ, արդյունաբերությունը շարժվում է դեպի IGBT մոդուլներ, որոնք բազմակի չիպսեր են դնում դարպասի վարորդների, ջերմաստիճանի տվիչների եւ պաշտպանության տրամաբանության մեջ մեկ կոմպակտ փաթեթի մեջ: Այս մոդուլները նվազեցնում են դիզայնի բարդությունը եւ բարելավում են համակարգի ընդհանուր հուսալիությունը:
Մրցակցություն կա նաեւ Igbts- ի եւ SIC- ի (SILICON CARBIDE) MOSFETS- ի միջեւ, մասնավորապես `1200 վոլտից բարձր հայտերում: SIC սարքերը առաջարկում են ավելի արագ անցում, ցածր կորուստներ եւ ավելի բարձր ջերմային սահմաններ, չնայած ավելի բարձր գնով: Ակնկալվում է, որ IGBTS- ը գերակշռում է միջնաժամկետ տողերում (600-1700V), որտեղ ծախսերի զգայունությունը շարունակում է մնալ կրիտիկական, մինչդեռ լայնաշնորհային կիսահաղորդիչներն աստիճանաբար ստանում են շուկայի մասնաբաժինը ուլտրամանուշակագույն հատվածներում:
Եզրափակում
Մեկուսացված դարպասի երկբեւեռ տրանզիստորը ներկայացնում է էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնիկայի ոլորտում կիսահաղորդչային տեխնիկայի ամենահաջող օրինակներից մեկը: Bjts- ի բարձրակարգ, ցածր կորուստների անցկացման հետ կապված սոսնձի լարման վրա հիմնված դարպասի վերահսկումը, IGBTS- ը յուրահատուկ եւ հզոր լուծում է տալիս անթիվ դիմումներում էներգիան կառավարելու համար:
Նրանց դերը տրանսպորտը էլեկտրականացման, արդյունաբերական արդյունավետության բարելավման գործում եւ վերականգնվող էներգետիկ ինտեգրման հնարավորությունը չի կարող գերագնահատվել: Քանի որ աճում է մաքուր, արդյունավետ եւ խելացի էլեկտրաէներգիայի համակարգերի պահանջարկը, IGBTS- ը կշարունակի զարգանալ, պահպանելով իրենց արդիականությունը `զարգացող տեխնոլոգիաներով գոյակցելով:
IGBTS- ը հասկանալը ոչ միայն պատկերացում է տալիս այն մասին, թե ինչպես է գործում ժամանակակից էլեկտրոնիկան գործառույթը, այլեւ բացում է էներգետիկ-խելացի համակարգերի հաջորդ սերնդի ձեւավորումը: Անկախ նրանից, թե դուք ուսանող եք, ինժեներ կամ տեխնոլոգիայի խանդավառություն, գնահատելով IGBTS- ի սկզբունքներն ու դիմումները կարեւոր է հասկանալու մեր աշխարհը լիազորությունները հենց այն ենթակառուցվածքները:
