Электрлік электроника саласында оқшауланған қақпаның биполярлы транзисторы (IGBT) соңғы бірнеше онжылдықтың ең ықпалды компоненттерінің бірі болып табылады. Жоғары вольтты мүмкіндіктер мен оңай қақпаның мүмкіндіктері арасындағы алшақтықты жою, IGBTS инженерлердің революциясы бар, олар инженерлердің қуатты конверсиялау және бақылау жүйелерінің қалай жасалып, құрастырады. Өнеркәсіптік дискілерден электр машиналарына, күн инермерлерінен оқ пойыздарға, IGBT -тің қатысуы барлық жерде. Бірақ барлық жартылай өткізгіш технологиялары сияқты, IGBTS толығымен пайда болмады - олар ұрпақтар арқылы дамыды, олардың әрқайсысы өнімділік, жылдамдық, тиімділік және жылу менеджменті әкеледі.
Бұл мақалада IGBT технологиясының алғашқы кезеңдерінен бастап, бүгінде қол жетімді жоғары жылдамдықты модульдерге дейінгі ең ерте кезеңдерден өтуді зерттейді. Өзгертуді түсіну арқылы біз оның қазіргі заманғы энергетикалық жүйелердегі рөлін және оның болашағын жүргізудің рөлін жақсырақ бағалай аламыз.
ИГB дегеніміз не?
Оның эволюциясына түспес бұрын, ИГBT деген не екенін қысқаша түсіну маңызды. Оқшауланған қақпаның биполярлы транзисторы - транзисторлардың екі түрінің ең жақсы атрибуттарын біріктіретін жартылай өткізгіш құрылғы: металл-оксид-жартылай өткізгіш өріс-жартылай өткізгіш транзистордың (moffet) және жоғары жылдамдықты коммутациясы және биполярлы түйіспелі транзистордың (BJT) жоғары және жоғары вольтты сыйымдылығы.
Бұл гибридті дизайн мүмкіндік береді Жоғары қуатты қосымшаларда қажет берілістер мен төмен шығындарды жеткізіп, кернеу сигналдарын қолдану арқылы қосылып , өшіріледі. Осы қос табиғат болғандықтан, IGBTS автомобиль жетектері, электрлік көліктер (EVS), жел турбиналары және үздіксіз қуат көздері (UPS) сияқты энергияны тиімді басқаруды қажет ететін жүйелерде кеңінен қолданылады.
Бірінші буын: іргетас төсеу
Алғашқы коммерциялық IGBTS 1980 жылдардың басында пайда болды. Уақыт өте келе, электроника инженерлері BJT-ге қарағанда жақсы өнер көрсететін құрылғыны іздеді, оларды басқару қиын және күшке ие болды Мофец . Жоғары кернеулерде жоғары консервілеуден өткен Алғашқы буын Igbts негізінен BJTS және MOSFETS-тен дайындалған өндірістік процестерді қолдана отырып салынған, нәтижесінде кернеуді бұғаттайтын құрылғылар (600V-1200В), бірақ коммутацияның баяу жылдамдығы.
Алғашқы буын игбттеріндегі ең үлкен мәселелердің бірі «lock-up » эффектісі - IGBT деструктивті қысқа тұйықталу және сәтсіздікке ұшыраған жағдай болды. Бұл проблема қиын жүйелерде мерзімінен бұрын қабылданбаған, инженерлер құрылғыны қорғау үшін сыртқы схеманы қамтуы керек еді. Бұған қоса, коммутациялық жылдамдық беретін Мозфецтермен салыстырғанда баяу болды, бұл IGBTS жоғары жиілікті қосымшаларға жарамсыз болды.
Осы кемшіліктерге қарамастан, Easy Gate Drive және жоғары кернеуді өңдеудің артықшылықтары индустриалды мотор дискілері сияқты төмен жиілікті жоғары қуаттылықтағы жоғары кернеулі дақылдардың артықшылықтары жеткілікті болды.
Екінші буын: жетілдірілген қатал және сенімділік
90-жылдардың басында екінші буындық буындар нарыққа кірді. Бұл құрылғылар өздерінің алдын-ала сатысында, соның ішінде ілмектерді қорғауға қатысты көптеген мәселелерге қатысты болды. Өндірушілер қалаусыз паразиттік әсерлерді азайту және қауіпсіз пайдалану аймақтарын жақсарту үшін IGB ішкі қабаттарының дизайнын жақсартты.
Бұл буынның құрамында ИГБ құрылымы соққылардан (PT) -ден (NPT) дизайнына дейін ауыса бастады. NPT IGBTS қысқа тұйықталу қабілетін жақсы ұсынды, жылу тұрақтылығы жақсарды және қарапайым процестерді қолдана отырып, жеңілдетілген өндірісті ұсынды. Олар сонымен қатар температураның өзгеруіне төзімді болды, оларды қатал ортада сенімді етеді.
Тағы бір едәуір жақсару тоқтатылған кезде аз мөлшерде құйрықты ток түрінде болды. Бірінші ұрпақта артық тасымалдаушылар репаминеті ұзақ құйрықты, коммутация шығындары мен тиімділігіне әкеледі. Өмір бойы бақылаудың жақсы әдістерімен екінші буындық IGBTS осы шығындарды азайтып, бұрынғыға қарағанда тезірек ауысуға мүмкіндік берді.
Нәтижесінде, екінші буындық игбттер элеваторлар мен HVAC жүйелеріндегі моторды басқару жүйелерінде, электрмен жабдықтау және энергия үнемдейтін жүйелерде кеңірек қолданылады.
Үшінші буын: жылдамдық пен тиімділік үшін оңтайландыру
Үшінші буын Igbts 90-шы жылдардың аяғында жасалды және 2000 жылдардың басында жасалды және технологияның эволюциясындағы негізгі бетбұрыс нүктесін атап өтті. Бұл құрылғылар жылдам коммутация және жоғары тиімділік үшін оңтайландырылды, оларды қосымшалардың кең ауқымы үшін, соның ішінде қажетті ауыстырып-қосқыштар үшін, соның ішінде қалпына келтірді.
Өте маңызды жетістіктердің бірі - өрісті тоқтату (FS) технологиясын қолдану. Бұл әдіс коллектордың жанында қосымша қабатты қосуды қамтиды, бұл өшірілген кезде артық тасымалдаушыларды сіңіру үшін қосады және кернеуді бұғаттау қабілетін бұзбай тездетеді.
Дала аялдамасы IGBTS екі әлемнің ең жақсысын ұсынды: олар жоғары кернеу мен токпен жұмыс істеуі мүмкін, сонымен қатар олар коммутациялық шығындарды едәуір төмендетеді. Бұл оларды күн инернзиттері, тартқыштар, тартқыштар және дәнекерлеушілер үшін өте ыңғайлы болды, олар энергия тиімділігі және жауаптылық болып табылады.
Сонымен қатар, орау технологиясы жақсарды. Өндірушілер IGBT модульдеріндегі диодтар мен қорғаныс тізбектерін интеграциялауды бастады, олар оларды ықшам және берік ету үшін. Бұл жүйенің жалпы құнын төмендетуге және сенімділікті арттыруға, әсіресе автомобильмен және жаңартылатын энергия көздеріне қосылды.
Төртінші буын: ықшам модульдер және жылу өнімділігі жақсы
Қуат тығыздығымен қажеттілік туындаған сайын, IGBTS төртінші буыны бір уақытта қуаттың жоғалуын және жылу өнімділігін жақсарту кезінде бірліктің ағымдық аймағына жұмсалғанға бағытталған. Бұл жартылай өткізгіш материалдарды жақсартуды ғана емес, сонымен қатар құрылғы құрылымындағы инновацияларды да қажет етпейді.
Траншег-қақпа Igbts жоспарлы қақпашыл дизайнын алмастыра бастады. Бұл траншея құрылымдары құрылғы ішіндегі электр өрісін жақсы басқаруға және өткізілген шығындарды азайтуға мүмкіндік берді. Сонымен қатар, эмитент пен коллектордың допинг профильдеріндегі жетістіктер, ауысу және коммутациялық шығындар арасындағы сауда-саттықты дәл реттеуге көмектесті, бұл дизайнерлерден бастап, құрылғылардың қолданылу қажеттіліктеріне сәйкес келеді.
Сонымен қатар, қаптама мен модульді біріктіру үлкен секірісті алды. Мульти-чип модульдер, интеграцияланған қақпа драйверлері және тікелей сұйық салқындату технологиялары азайтылған іздерде үлкен қуат тығыздығына мүмкіндік берді. Бұл ерекшеліктер төртінші буындық игбсттер гендерде электр пойыздары, гибридтік көліктер, смарт торлар және электр беру желілері сияқты энергетикалық инфрақұрылымдық жобалар жасады.
Қазіргі жоғары жылдамдықты IGBT модульдері: өнер жағдайы
Бүгінгі IGBT модульдері одан да тиімді, тиімдірек және бұрынғыдан да күшейеді. Жетілдірілген вафлидің жұқаруы, ультра жұқа траншея құрылымдары және кремний карбидінің (SIC) кооперлерінің арқасында кейбір гибридті конструкцияларда, заманауи IGBT модульдері минималды шығындармен ауысудың ерекше жылдамдығына қол жеткізе алады.
Соңғы жылдамдықты IGBT модульдерінің кейбір негізгі мүмкіндіктеріне мыналар кіреді:
Өткізудің ультра төмен шығындары: Жетілдірілген өрісті тоқтату және траншеяның қақпасы дизайнын қолдану арқылы коммутация шығындары азайтылды, оларды тек MOSFETS домені болған қосымшалар үшін қолайлы етеді.
Жоғары жылулық өткізгіштік: алюминий нитридтері сияқты материалдарды субстраттар мен тікелей мыс байланыстыру (DCB), заманауи модульдер жылуды тиімді басқарады, өмір бойы кеңею және сенімділікті арттыру.
Модельдік қабілеттілік: Модульдік архитектуралар енді дизайнерлерге жел турбиналары сияқты MegaWatt-масштабты қосымшалар үшін бірнеше IGBT модульдерін жинауға немесе параллельге мүмкіндік береді.
Интеллектуалды интеграция: заманауи модульдер температураға, токқа және кернеуге, смарт-диагностикаға, болжамды техникалық қызметке және нақты уақыттағы бақылауға мүмкіндік береді.
EVS, жоғары жылдамдықты пойыздар және сыйымдылығы жоғары индустриенттер үшін жылдам DC зарядтау станциялары сияқты қосымшалар енді осы дамыған IGBT модульдеріне арқа сүйейді.
IGBT технологиясының болашағы
Галлий Карбид (SIC) және Галлий Нитрид (GAN) және галлийдің жартылай өткізгіштері екі домендермен бәсекеге түсе бастады, өйткені кейбір домендерде IGBT, өйткені IGBT шығындар, жетілу және берік артықшылықтарға ие. Болашақтағы өзгерістер IGBTS және SIC диодтарын біріктіретін гибридті модульдерді және тіпті жартылай өткізгішті басып шығару сияқты жаңа өндірістік әдістерді қолдануға болады.
Сонымен қатар, IGBT басқару жүйелері цифрлық және бағдарламалық жасақтамаға айналады, олар оңтайлы тиімділік пен қызмет ету үшін коммутациялық үлгілерді бейімделеді.
Жаһандық электрлендіруге итермелегендей, әсіресе автомобиль және жаңартылатын секторларда, IGBTS орташа және жоғары вольтты электрмен айналдыру жүйелеріндегі негізгі құрылыс блогы болып қала береді.
IGBT Innovation-та сенімді ойыншы: Цзянсу Донгай жартылайструкторы Co., Ltd.
Компаниялардың ішінде jiangsu Donghay Semiconduttor Co. jiangsu yonghain semiconduttor co компаниясының алға жылжуына белсенді қатысады, сонымен қатар ЖСҚ-ның жартылай өткізгіш кеңістігінде бағышталған өндіруші және жаңашыл ретінде. Жоғары сапалы IGBT чиптері мен модульдерін жасауға назар аудара отырып, компания электрмен тасымалдаудан бастап, электр тасымалдаудан смарт-энергетика және өнеркәсіптік автоматикаға дейін маңызды рөл атқарады.
Цзянсу Донгай жартылай өткізгіштері сенімді, тиімді және жоғары жылдамдықты IGBT шешімдерін шығару үшін алдыңғы өндірістік процестермен терең материалдық сараптама жасайды. Шағын, тұрақты және жоғары тиімділігі жоғары қуат модульдеріне сұраныс өсуде, Цзянсу Донгай сияқты компаниялар тұрақты және электрлендірілген болашаққа ие болу үшін «Игбст» технологиясының жаңа буынын жеткізуде өте маңызды.
