តួនាទីរបស់ IGBTs នៅក្នុងរថយន្តអគ្គិសនី Powertrains: ការជំរុញអនាគតនៃការចល័ត

នៅពេលដែលឧស្សាហកម្មរថយន្តបង្កើនល្បឿនឆ្ពោះទៅរកអគ្គិសនី បច្ចេកវិទ្យាមួយនៅតែបន្តផ្តល់ថាមពលដល់បដិវត្តន៍នេះដោយស្ងៀមស្ងាត់៖ Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ។ ខណៈពេលដែលថ្ម និងម៉ូទ័រតែងតែទទួលបានពន្លឺនៅក្នុងរថយន្តអគ្គិសនី (EVs) វាគឺជា IGBT ដែលដើរតួនាទីនៅពីក្រោយឆាកដ៏សំខាន់ក្នុងការបំប្លែង និងគ្រប់គ្រងថាមពលអគ្គិសនី។ បើគ្មានវាទេ រថភ្លើងអគ្គិសនី ដែលជាបេះដូងនៃ EV នឹងតស៊ូដើម្បីដំណើរការប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ឬអាចទុកចិត្តបាន។ ការយល់ដឹងពីរបៀបដែល IGBTs ដំណើរការ និងមូលហេតុដែលពួកគេមានសារៈសំខាន់គឺចាំបាច់ក្នុងការកោតសរសើរដល់ម៉ាស៊ីនពិតនៃសម័យអគ្គីសនី។

ពីការបញ្ឆេះខាងក្នុងរហូតដល់ការជំរុញអគ្គិសនី

រថយន្តបុរាណពឹងផ្អែកលើម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុងដែលបំលែងឥន្ធនៈទៅជាថាមពលមេកានិច។ ផ្ទុយទៅវិញ EVs ប្រើម៉ូទ័រអេឡិចត្រិចដែលដំណើរការដោយថ្ម។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ កុងតាក់នេះមិនសាមញ្ញដូចការភ្ជាប់ថ្មទៅនឹងម៉ូទ័រនោះទេ។ ម៉ូទ័រត្រូវការចរន្តឆ្លាស់ (AC) ដើម្បីដំណើរការប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ខណៈពេលដែលថ្មរក្សាទុកចរន្តផ្ទាល់ (DC)។ ការភ្ជាប់គម្លាតនេះតម្រូវឱ្យមានថាមពលអេឡិចត្រូនិច វាលដែលទាក់ទងនឹងការបំប្លែង ការគ្រប់គ្រង និងការគ្រប់គ្រងថាមពលអគ្គិសនី។ ស្នូលនៃវាលនេះនៅក្នុង EVs គឺ IGBT ។

IGBTs ដើរតួជាកុងតាក់អេឡិចត្រូនិចនៅក្នុង powertrain របស់ EV ជាពិសេសនៅក្នុង Inverter ដែលបំលែង DC ពីថ្មទៅជា AC សម្រាប់ម៉ូទ័រ។ ពួកវាបើកការប្តូរយ៉ាងលឿននៅតង់ស្យុង និងចរន្តខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យវាអាចគ្រប់គ្រងល្បឿនម៉ូទ័រ កម្លាំងបង្វិលជុំ និងប្រសិទ្ធភាពបានយ៉ាងជាក់លាក់ - ទាំងអស់ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយការបាត់បង់ថាមពល។

តើ IGBT ជាអ្វី?

Insulated Gate Bipolar Transistor រួមបញ្ចូលគ្នានូវបច្ចេកវិទ្យាត្រង់ស៊ីស្ទ័រសំខាន់ៗចំនួនពីរគឺ MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) និង BJT (Bipolar Junction Transistor)។ លទ្ធផលគឺជាឧបករណ៍ដែលមានភាពសាមញ្ញនៃការបញ្ចូល និងល្បឿនប្តូររហ័សនៃ MOSFET រួមជាមួយនឹងសមត្ថភាពគ្រប់គ្រងបច្ចុប្បន្នខ្ពស់របស់ BJT ។

តាមរចនាសម្ព័ន្ធ IGBT មានស្ថានីយចំនួនបី៖ ច្រកទ្វារ អ្នកប្រមូល និងឧបករណ៍បញ្ចេញ។ វ៉ុលតូចមួយនៅច្រកទ្វារគ្រប់គ្រងចរន្តធំជាងរវាងអ្នកប្រមូល និងឧបករណ៍បញ្ចេញ។ ការរចនានេះធ្វើឱ្យ IGBTs ស័ក្តិសមជាពិសេសសម្រាប់កម្មវិធីដែលទាមទារវ៉ុលខ្ពស់ និងចរន្ត—លក្ខខណ្ឌទូទៅនៅក្នុងរថយន្តអគ្គិសនី។

Inverter: កន្លែងដែល IGBTs ធ្វើការលើកធ្ងន់

អាំងវឺតទ័រទាញគឺជាកន្លែងដែល IGBTs បំពេញតួនាទីសំខាន់បំផុតរបស់ពួកគេ។ វាបំប្លែងវ៉ុល DC ពីកញ្ចប់ថ្ម (ជាធម្មតារវាង 300V និង 800V) ទៅជាវ៉ុល AC បីដំណាក់កាល ដែលផ្តល់ថាមពលដល់ម៉ូទ័រ។ Inverter សម្រេចបាននូវចំនុចនេះតាមរយៈ Pulse Width Modulation (PWM) ដែលជាបច្ចេកទេសមួយដែល IGBTs បើក និងបិទយ៉ាងលឿន—ជាញឹកញាប់រាប់ម៉ឺនដងក្នុងមួយវិនាទី។

តាមរយៈការកែតម្រូវវដ្តកាតព្វកិច្ចនៃជីពចរទាំងនេះ អាំងវឺរទ័របង្កើតទម្រង់រលកដែលក្លែងធ្វើថាមពល AC sinusoidal ។ ដំណើរការនេះមិនត្រឹមតែមានភាពច្បាស់លាស់ប៉ុណ្ណោះទេ ថែមទាំងមានប្រសិទ្ធភាពទៀតផង។ រាល់ពេលដែល IGBT ប្តូរ វាមានការបាត់បង់ថាមពលតិចតួចក្នុងទម្រង់ជាកំដៅ។ ការកាត់បន្ថយការខាតបង់ទាំងនេះគឺចាំបាច់សម្រាប់ការបង្កើនជួររថយន្ត និងដំណើរការអតិបរមា។

ម៉ូឌុល IGBT កម្រិតខ្ពស់សម្រាប់ EVs ត្រូវបានរចនាឡើងជាមួយនឹងការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុងក្នុងរដ្ឋទាប (កាត់បន្ថយការបាត់បង់ចរន្ត) និងឥរិយាបថប្តូរដែលប្រសើរឡើង ដើម្បីកាត់បន្ថយការបាត់បង់ការប្តូរ។ នៅក្នុងការបើកបរក្នុងពិភពពិត នេះមានន័យថាការបង្កើនល្បឿនកាន់តែរលូន ហ្រ្វាំងបង្កើតឡើងវិញបានប្រសើរជាងមុន និងថាមពលដែលខ្ជះខ្ជាយតិច។

តង់ស្យុងខ្ពស់ ចរន្តខ្ពស់ ការរំពឹងទុកខ្ពស់។

យានជំនិះអគ្គិសនីទាមទារសមាសធាតុដែលអាចដោះស្រាយភាពតានតឹងអគ្គិសនីខ្លាំង។ powertrain នៅក្នុង EV ទំនើបអាចទាញចរន្តរាប់រយអំពែរកំឡុងពេលបង្កើនល្បឿន និងដំណើរការនៅវ៉ុលលើសពី 600V។ IGBTs មានសមត្ថភាពពិសេសក្នុងការគ្រប់គ្រងលក្ខខណ្ឌទាំងនេះ ដោយសារ៖

• សមត្ថភាពទប់ស្កាត់តង់ស្យុងខ្ពស់  (ជាធម្មតា 600V-1700V)

• ដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ ធ្វើឱ្យពួកវាបង្រួម ប៉ុន្តែមានថាមពលខ្លាំង

• ដំណើរការកំដៅដ៏រឹងមាំ ទប់ទល់នឹងកំដៅដែលបានបង្កើតកំឡុងពេលប្រតិបត្តិការ

ម៉ូឌុល IGBT ភាគច្រើនសម្រាប់ EVs ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលទៅក្នុងម៉ូឌុលថាមពលដែលរួមមាន IGBTs ជាច្រើន ឌីយ៉ូតសេរី អ្នកបើកបរច្រកទ្វារ និងសូម្បីតែឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាកម្ដៅ។ ម៉ូឌុលទាំងនេះត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីគ្រប់គ្រងបរិស្ថានរថយន្តដ៏អាក្រក់ - រំញ័រ ការជិះកង់សីតុណ្ហភាព និងឧបសគ្គក្នុងលំហ - ខណៈពេលដែលផ្តល់នូវដំណើរការអគ្គិសនីដ៏ល្អប្រសើរ។

ការចាប់ហ្វ្រាំងឡើងវិញ និងលំហូរថាមពលទ្វេទិស

IGBTs ក៏ជាចំណុចកណ្តាលនៃបច្ចេកវិទ្យា EV ដ៏សំខាន់មួយទៀតផងដែរ៖ ហ្រ្វាំងបង្កើតឡើងវិញ។ នៅក្នុងរបៀបនេះ ម៉ូទ័រអេឡិចត្រិចដើរតួជាម៉ាស៊ីនភ្លើង ដោយបំលែងថាមពល kinetic របស់រថយន្តទៅជាថាមពលអគ្គិសនីកំឡុងពេលបន្ថយល្បឿន។ អេឡិចត្រូនិចថាមពលត្រូវតែបញ្ច្រាសទិសដៅនៃលំហូរថាមពល - ពីម៉ូទ័រត្រលប់ទៅថ្ម។

IGBTs ជួយសម្រួលដល់លំហូរចរន្តទ្វេទិសនេះតាមរយៈការប្តូរដែលគ្រប់គ្រង។ សមត្ថភាពរបស់ពួកគេក្នុងការបើក និងបិទយ៉ាងឆាប់រហ័ស និងគ្រប់គ្រងការកើនឡើងនៃចរន្តធំ អនុញ្ញាតឱ្យមានការស្តារថាមពលប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវជួរបើកបរ និងកាត់បន្ថយការពាក់លើសមាសធាតុហ្វ្រាំងមេកានិច។

ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ៖ រក្សាភាពត្រជាក់នៅក្រោមសម្ពាធ

ខណៈពេលដែល IGBTs មានប្រសិទ្ធភាព ពួកវានៅតែបង្កើតកំដៅ ជាពិសេសកំឡុងពេលប្តូររហ័ស ឬនៅក្រោមបន្ទុកបច្ចុប្បន្នខ្ពស់។ ដូច្នេះការគ្រប់គ្រងកំដៅគឺជាទិដ្ឋភាពសំខាន់នៃ កម្មវិធី IGBT នៅក្នុង EVs ។ ការឡើងកំដៅខ្លាំងអាចបន្ថយដំណើរការ ឬនាំទៅរកការបរាជ័យ ដូច្នេះដំណោះស្រាយត្រជាក់កម្រិតខ្ពស់ត្រូវបានប្រើប្រាស់៖

• ស្រទាប់ខាងក្រោមសេរ៉ាមិច nitride អាលុយមីញ៉ូម  សម្រាប់ចរន្តកំដៅខ្ពស់។

• បន្ទះមូលដ្ឋានត្រជាក់រាវ  នៅក្នុងម៉ូឌុលថាមពលខ្ពស់។

• ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាកម្ដៅរួមបញ្ចូលគ្នា  សម្រាប់ការត្រួតពិនិត្យសីតុណ្ហភាពក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែង

IGBTs ជាញឹកញាប់ត្រូវបានភ្ជាប់ជាមួយសម្ភារៈចំណុចប្រទាក់កម្ដៅ និងឧបករណ៍បំពងកំដៅ ដើម្បីធានាបាននូវដំណើរការស្របគ្នានៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការបើកបរទាំងអស់ - ចាប់ពីចរាចរណ៍ឈប់ និងទៅការបង្កើនល្បឿនពេញផ្លូវនៅលើផ្លូវហាយវេ។

ការប្រកួតប្រជែង៖ IGBTs ទល់នឹង SiC MOSFETs

នៅពេលដែលបច្ចេកវិជ្ជាវិវឌ្ឍ MOSFETs Silicon Carbide (SiC) បានលេចចេញជាអ្នកប្រកួតប្រជែងដ៏មានសក្តានុពលចំពោះ IGBTs នៅក្នុងកម្មវិធី EV ។ ឧបករណ៍ SiC ផ្តល់នូវល្បឿនប្តូរលឿនជាងមុន ការខាតបង់ទាប និងដំណើរការប្រសើរជាងមុននៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ពួកវាមានតម្លៃថ្លៃជាង និងមិនសូវចាស់ទុំក្នុងផលិតកម្មទ្រង់ទ្រាយធំ។

បច្ចុប្បន្ននេះ IGBTs នៅតែជាជម្រើសលេចធ្លោនៅក្នុង EVs និងរថយន្តកូនកាត់កម្រិតមធ្យម ជាពិសេសកន្លែងដែលប្រសិទ្ធភាពនៃការចំណាយមានសារៈសំខាន់។ រថយន្ត EV ពិសេសជាច្រើនកំពុងចាប់ផ្តើមទទួលយក SiC MOSFETs ជាពិសេសសម្រាប់ស្ថាបត្យកម្ម 800V ប៉ុន្តែ IGBTs នៅតែត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងប្រព័ន្ធ 400V ទូទៅនៅក្នុង EVs សំខាន់ៗជាច្រើន។

ដំណោះស្រាយរួមបញ្ចូលគ្នា និងម៉ូឌុលឆ្លាតវៃ

ដើម្បីសម្រួលការរចនា និងកែលម្អភាពជឿជាក់ ខ្សែថាមពល EV ទំនើបប្រើម៉ូឌុលថាមពលឆ្លាតវៃដែលមានមូលដ្ឋានលើ IGBT (IPMs) កាន់តែខ្លាំងឡើង។ ម៉ូឌុលទាំងនេះរួមបញ្ចូលគ្នា៖

• IGBTs និងអ្នកបើកបរច្រកទ្វារ

• ការការពារនៅលើបន្ទះឈីប (ប្រឆាំងនឹង overvoltage, overcurrent, and overtemperature)

• សមត្ថភាពវិនិច្ឆ័យ និងមតិកែលម្អ

• តម្រង EMI និងការវេចខ្ចប់បង្រួម

សមាហរណកម្មនេះជួយកាត់បន្ថយភាពស្មុគស្មាញនៃប្រព័ន្ធ កាត់បន្ថយអត្រាបរាជ័យ និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពងាយស្រួលនៃការផលិត ដែលមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ផលិតកម្ម EV ដ៏ធំ។

អាយុវែង ភាពជឿជាក់ និងសុវត្ថិភាព

នៅក្នុងបរិយាកាសរថយន្ត ភាពជឿជាក់គឺមិនអាចចរចាបានទេ។ ម៉ូឌុល IGBT ឆ្លងកាត់ការធ្វើតេស្តគុណវុឌ្ឍិយ៉ាងម៉ត់ចត់ រួមទាំងការជិះកង់កម្ដៅ ភាពធន់នឹងសំណើម ការធ្វើតេស្តរំញ័រ និងសេណារីយ៉ូនៃភាពតានតឹងតង់ស្យុងខ្ពស់។ យន្តការបរាជ័យរបស់ពួកគេត្រូវបានយល់ច្បាស់ ហើយពួកគេអាចដំណើរការដោយភាពជឿជាក់ជាងមួយទសវត្សរ៍ជាមួយនឹងការគ្រប់គ្រងកម្ដៅត្រឹមត្រូវ។

លើសពីនេះ មុខងារសុវត្ថិភាពដែលភ្ជាប់មកជាមួយដូចជា ការការពារសៀគ្វីខ្លី ការរកឃើញភាពឆ្អែតឆ្អន់ និងយន្តការបិទដំណើរការទន់ធានាថា ទោះបីជាស្ថិតក្នុងស្ថានភាពមានបញ្ហាក៏ដោយ ក៏ IGBTs បិទយ៉ាងរលូន ការពាររថយន្ត និងអ្នកដំណើររបស់វា។

ការជំរុញអនាគតនៃការចល័តអគ្គិសនី

ការផ្លាស់ប្តូរទៅការចល័តអគ្គិសនីមិនមែនគ្រាន់តែអំពីការប្តូរម៉ាស៊ីនសម្រាប់ម៉ូទ័រនោះទេ។ វាពាក់ព័ន្ធនឹងការគិតឡើងវិញពីរបៀបដែលថាមពលត្រូវបានគ្រប់គ្រង រក្សាទុក និងប្រើប្រាស់។ IGBTs ដើរតួយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការផ្លាស់ប្តូរនេះ។ ពួកវាដើរតួជាអ្នកការពារថាមពល ដោយធានាថារាល់វ៉ាត់ពីថ្មត្រូវបានបំប្លែងទៅជាចលនាប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ឬរក្សាទុកក្នុងអំឡុងពេលហ្វ្រាំង។

នៅពេលដែលការអនុម័ត EV មានការរីកចម្រើនជាសកល តម្រូវការសម្រាប់គ្រឿងអេឡិចត្រូនិចដែលមានប្រសិទ្ធភាព គួរឱ្យទុកចិត្ត និងបង្រួមតូចក៏ដូចគ្នាដែរ។ IGBTs ជាពិសេសជាមួយនឹងការច្នៃប្រឌិតដូចជារចនាសម្ព័ន្ធច្រកទ្វារទឹក និងការរចនាកន្លែងឈប់ បន្តវិវឌ្ឍន៍ដើម្បីបំពេញតម្រូវការទាំងនេះ។ នៅទីបំផុតពួកវាអាចត្រូវបានជំនួសដោយឧបករណ៍ SiC នៅក្នុងកម្មវិធីកម្រិតខ្ពស់មួយចំនួន ប៉ុន្តែសម្រាប់ពេលនេះ ពួកគេនៅតែជាកម្លាំងពលកម្មរបស់ EV powertrain ។

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

IGBTs គឺជាវីរបុរសដែលមិនធ្លាប់មាននៃរថយន្តអគ្គិសនី។ ពួកគេមិនផ្លាស់ទីកង់ ឬរក្សាទុកថាមពលនោះទេ ប៉ុន្តែពួកគេធានាថាថាមពលហូរយ៉ាងជាក់លាក់ និងមានប្រសិទ្ធភាពពីថ្មទៅផ្លូវ។ ពី traction inverters ទៅ regenerative braking ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ ដល់មុខងារសុវត្ថិភាពរួមបញ្ចូលគ្នា IGBTs គាំទ្រស្ទើរតែគ្រប់មុខងារសំខាន់ៗនៅក្នុង powertrain របស់ EV។

នៅពេលដែលពិភពលោកនៃរថយន្តប្រណាំងឆ្ពោះទៅរកការបំភាយឧស្ម័នសូន្យ និងការចល័តកាន់តែឆ្លាតវៃ IGBTs មិនគ្រាន់តែបន្តទៅមុខនោះទេ - ពួកគេកំពុងជំរុញការផ្លាស់ប្តូរ។ ការយល់ដឹងអំពីតួនាទីរបស់ពួកគេជួយបំភ្លឺពីបច្ចេកវិទ្យាដ៏ស្មុគស្មាញ និងគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ ដែលធ្វើឲ្យយានយន្តអគ្គិសនីទំនើបមិនត្រឹមតែអាចធ្វើទៅបានប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែមានថាមពល សុវត្ថិភាព និងប្រសិទ្ធភាព។