Қазіргі заманғы электроника, тиімділік, бақылау және сенімділік әлемінде маңызды. Электрлік көліктерден өндірістік автоматтандыру, жаңартылатын энергия жүйелері тұтынушылық техникаларға, қуатты басқарудың тиімді жүйелері электронды жүйелердің жетістігін анықтайды. Осы энергияны басқарудың негізіне ортада жартылай өткізгіш құрылғы орналасқан: оқшауланған қақпаның биполярлы транзисторы немесе IGBT. Жаңа болмаса да, IGBTS жоғары қуат пен тиімді коммутация қажет болған жағдайда қосымшаларды жетілдіруге және үстемдік етуді жалғастыруда.
Екі технология арасындағы көпір
Та IGBT көбінесе транзистордың екі технологиясының гибриті ретінде сипатталады: MOSFET (металл-оксид-жартылай өткізгіш өріс транзисторы транзисторы) және BJT (биполярлық түйіспе транзистор). Мозфецтер жылдам коммутация жылдамдығы мен кернеумен басқарылатын жұмысымен танымал, ал кернеудің тұрақты токымен танымал, алайда жоғары токпен кернеудің төмендеуі бар, бірақ олар көлік жүргізуді қажет етеді. IGBT MOSFET-тің қақпашылды жүргізудің қарапайымдылығын біріктіреді, кернеумен басқарылатын, бірақ жоғары қуатты сценарийлер үшін оңтайландырылған үш терминалды құрылғыны қалыптастырады.
Құрылымдық түрде, IGBT төрт қабатты жартылай өткізгіш сәулет-архитектурада салынған, әдетте P + - n- - n +. Жоғарғы жағындағы қақпаның электродасы Emitter және негізгі базалық аймақ арасындағы өткізгіш арнаны басқаратын MOSFET құрылымын құрайды, бұл өз кезегінде паразиттік PNP транзисторының негізі ретінде әрекет етеді. Басқару тетігі қақпа арқылы, бірақ BJT зарядтық инъекциялық әрекеттерінен негізгі өткізу жолдары. Бұл бірегей келісім «IGBT-ге жоғары деңгейдегі төмен деңгейде төмендетілген шығындарға қол жеткізе отырып, MIGB қақпа жетегімен қосуға мүмкіндік береді.
Тәжірибелік тұрғыдан пайдалану принциптері
ИГБ-ның нақты әлем тізбектерінде қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін электр қозғалтқыш жетегі жүйесіндегі әдеттегі қуат инверторын қарастырыңыз. Жұмыс кезінде, IGBT токпен қозғалтқыш арқылы ағып кетуге мүмкіндік береді және токты тоқтату үшін өшеді және ток толқынының ені, айнымалы ендірілген модульдер DC автобусынан синтездейді.
Егер эмитентке қатысты оң кернеу қақпа терминалына қатысты болса, мысалы, қақпа оксидінің астындағы инверсиялы қабат, Electrion оксидінің астында пайда болады. Бұл коллекционерден шұңқырды инъекцияға жол ашады, дрейфтік аймақтағы процесті биполярлық құрылғыға ұқсас. Бұл зарядтау инъекциясы дрейфтің тұрақтылығын едәуір азайтады, нәтижесінде салыстырмалы мосфетке қарағанда, кернеудің төмендеуі, әсіресе 400 В жоғары кернеулерден әлдеқайда төмен.
Алайда, қақпаның кернеуі жойылған кезде, арна жабылады және құрылғы сөнеді. Дрифт аймағында сақталған зарядтауға байланысты (ертерек шұңқырды инъекциядан), ИГБТ-ның бұрылу әрекетін сипаттайтын «құйрық, » деп кідіріс бар. Бұл құйрық, егер дұрыс басқарылмаса, шығындар мен электромагниттік кедергілерге (EMI) әкелуі мүмкін. Инженерлер көбінесе слубер тізбектері, жұмсақ коммутация топологиялары арқылы немесе құйрықты ағынды эффектілерді азайтатын өрісті тоқтату және траншеялар сияқты жетілдірілген IGBB құрылымдарын қолдану арқылы хабарлайды.
Сауда-саттықтар және инженерлік мәселелер
IGBTS-пен жұмыс істеудің маңызды аспектілерінің бірі олардың жұмысын түсіну болып табылады. Мозфитпен салыстырғанда, IGBTS жалпы валюталармен салыстырғанда жоғары кернеулерден төмен шығындарды ұсынады, бірақ олардың ауысу жылдамдығы баяу, ал олар өшірілген шығындарды көбейтетін құйрықтан зардап шегеді. Сондықтан, IGBTS жоғары жиілікті қосымшаларда сирек қолданылады, мысалы, коммутатор режимі (SMP), 100 кГц жоғары. Мұның орнына олар төменгі жиілікте, жоғары энергетикалық ортада, әдетте, 1 кГц-ге дейін, олардың тиімділігі баяу коммутациядан асып түседі.
Жылу өнімділігі - бұл басқа негізгі дизайн факторы. Игбттар жүздеген амперлерді алып жүре алады және мыңдаған вольттарды бұғаттай алады, олар айтарлықтай жылуды таратуы керек. Термиялық басқару - жылу раковиналары, мәжбүрлі ауа немесе жоғары қуатты модульдердегі сұйықтықты салқындату өте маңызды. Инвертер дизайны көбінесе термиялық қашу немесе қысқа тұйықталудың алдын алу үшін жылу тогтарының сенсорлары мен қорғаныс тізбектері бар IGBT модульдерін біріктіреді.
Сонымен қатар, заманауи IGBT модульдері әр IGBT-пен анти-параллельге қарсы қосылған еркін диодтарды қамтиды. Бұл диодтар қозғалмалы цикл кезеңінде қозғалмалы цикл кезеңінде қозғалтқыштар, мысалы, қозғалтқыштар. Олардың кері қалпына келуінің мінез-құлқы жоғары жылдамдықты коммутация сценарийінде қаралуы керек, өйткені ол тиімділігіне әсер етуі және IGBT-ді қосу кезінде IGBT күйзелісіне әкелуі мүмкін.
Нақты-әлемдік қосымшалар және интеграция
IGBTS мотор жетектерінде, әсіресе өндірістік автоматтандыруда қолданылатын ауыспалы жиіліктегі дискілерде (VFD) орналасқан. Олар қозғалтқыштың жылдамдығын және моментін нақты бақылауға мүмкіндік береді, бұл энергияны үнемдеуге және жабдықтың кеңейтілген өміріне әкеледі. Электрлік көліктерде, IGBTS тартқыш инверторлардың коммутациялық тіреуіші, батареядан қуат ағынын жоғары тиімділігі бар электр қозғалтқышына басқарады. Бір EV Inverter компаниясы ондаған киловатт және мыңдаған вольт-да бірнеше Igbts коммутациясын пайдалана алады.
Фотоэлектрлік және жел жүйелері сияқты жаңартылатын энергия кезінде IGBTS тордың үйлесімділігі үшін қажет DC-айнымалы ток конверсиясын басқарады. Көп деңгейлі инверторлар көбінесе коммутация шығынын азайту және кернеу толқынының сапасын жақсарту үшін каскад конфигурацияларында IGBTS пайдаланады. Бұл құрылғылар сонымен қатар ұзақ қашықтықта тиімділік өте маңызды, мұнда жоғары вольтты DC (HVDC) берілуінде өте маңызды. Игсбттардың сенімділігі, термиялық тұрақтылығы және коммутациялық қабілеті оларды осындай жоғары деңгейлі ортаға жақсы етеді.
Тұтынушылар электроникасында да, Igbts әсер етеді. Индукциялық пештер, микротолқынды пештер және HVAC компрессорлары қуатты тиімді және жауап беру үшін Igbts пайдаланады. Қуат аз күштері мосфецтерге сенуі мүмкін, бірақ IGBTS ұсынатын тиімділік пен қарапайымдылықтың тиімділігі мен қарапайымдылығынан артықшылықтар.
Технологиялық прогресс және болашақ тенденциялар
Эволюциясы IGBT технологиясы көптеген дәстүрлі шектеулерді шешуді жалғастыруда. Тік қақпа құрылымдарын арнаның тығыздығын арттыру және өткізгіш шығындарды азайту үшін пайдаланатын траншея Igbts-тің дамуы коммутация жылдамдығы мен тиімділігі арасындағы жақсы сауда жасауға мүмкіндік берді. Дала аялдамасы IGBTS, алайда, алайда, құйрықты басатын және ауыстырып-қосқышты жақсартатын арнайы допталған қабатты қосыңыз.
Бұған қоса, сала бірнеше фишкаларды қақпалар драйверлерімен, температура датчиктерімен және қорғау логикасына біріктіретін IGBT модульдеріне қарай жылжытылады. Бұл модульдер жобалау күрделілігін төмендетеді және жүйенің жалпы сенімділігін арттыруда.
Сондай-ақ, IGBTS және SIC (кремний карбиді) Мозфе, әсіресе 1200 вольт-қа дейін өткен конкурс өсуде. SIC құрылғылары тез коммутация, шығындар және жоғары жылу лимиттерін ұсынады, бірақ қымбат тұрады. IGBTS орташа кернеу ауқымында (600-1700V) басым болады деп күтілуде (600-1700V), егер жеңілдік сезімталдықтары маңызды болып қала берсе, сонда кең тармақ жартылай өткізгіштер біртіндеп ультра жоғары өнімді секторларда нарықтық үлесті алады.
Қорытынды
Оқшауланған қақпаның биполярлы транзисторы электроника саласындағы жартылай өткізгіш машина жасаудың ең сәтті үлгілерінің бірін білдіреді. Мозфевтің кернеуі бар қақпаның бақылауын біріктіру арқылы, жоғары, жоғалтылған BJTS, IGBTs сансыз қосымшаларда энергияны басқарудың ерекше және қуатты шешімін ұсынады.
Олардың көліктік тиімділігін арттыру, өндірістік тиімділікті арттыру және жаңартылатын энергия көздерін интеграциялаудағы рөлі оларды асыра тиіске алмайды. Таза, тиімді және интеллектуалды электр жүйелеріне сұраныс өсуде, IGBTS дамып келе жатқандай дамып, даму технологиясымен қатар өмір сүруді жалғастырады.
IGBTS түсіну тек заманауи электроника функциясы туралы түсінік беріп қана қоймайды, сонымен қатар энергия-ақылды жүйелердің келесі буынын жобалау үшін есікті ашады. Студент, инженер, инженер немесе технологиялар энтузиасы, IGBTS қағидаттары мен қосымшаларын бағалай ма, біздің әлеміміздің дербес инфрақұрылымын түсінудің кілті.
