ໃນຂະນະທີ່ອຸດສາຫະ ກຳ ລົດຍົນເລັ່ງໄປສູ່ການເປັນກະແສໄຟຟ້າ, ເຕັກໂນໂລຢີອັນ ໜຶ່ງ ຍັງສືບຕໍ່ໃຫ້ພະລັງການປະຕິວັດນີ້ຢ່າງງຽບໆ: Insulated Gate Transistor Bipolar (IGBT). ໃນຂະນະທີ່ແບດເຕີຣີແລະມໍເຕີມັກຈະໄດ້ຮັບຈຸດເດັ່ນໃນຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ (EVs), ມັນແມ່ນ IGBT ທີ່ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນເບື້ອງຫລັງໃນການແປງແລະຄວບຄຸມພະລັງງານໄຟຟ້າ. ຖ້າບໍ່ມີມັນ, ລົດໄຟໄຟຟ້າ—ເປັນຫົວໃຈຫຼັກຂອງ EV—ຈະພະຍາຍາມເຮັດວຽກຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ຫຼື ເຊື່ອຖືໄດ້. ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບວິທີການເຮັດວຽກຂອງ IGBTs ແລະເປັນຫຍັງພວກມັນຈຶ່ງສໍາຄັນຕໍ່ຄວາມຊື່ນຊົມຂອງເຄື່ອງຈັກທີ່ແທ້ຈິງຂອງຍຸກໄຟຟ້າ.
ຈາກການເຜົາໃຫມ້ພາຍໃນໄປສູ່ການກະຕຸ້ນໄຟຟ້າ
ຍານພາຫະນະແບບດັ້ງເດີມແມ່ນອີງໃສ່ເຄື່ອງຈັກເຜົາໃຫມ້ພາຍໃນທີ່ປ່ຽນນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟເປັນພະລັງງານກົນຈັກ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, EVs ໃຊ້ມໍເຕີໄຟຟ້າທີ່ຂັບເຄື່ອນໂດຍຫມໍ້ໄຟ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ສະວິດນີ້ບໍ່ງ່າຍດາຍຄືກັບການເຊື່ອມຕໍ່ຫມໍ້ໄຟກັບມໍເຕີ. ມໍເຕີຕ້ອງການກະແສໄຟຟ້າສະຫຼັບ (AC) ເພື່ອເຮັດວຽກຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ໃນຂະນະທີ່ແບດເຕີຣີເກັບຮັກສາກະແສໄຟຟ້າໂດຍກົງ (DC). ການສ້າງຊ່ອງຫວ່າງນີ້ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີໄຟຟ້າເອເລັກໂຕຣນິກ, ພາກສະຫນາມທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແປງ, ການຄວບຄຸມ, ແລະການຄຸ້ມຄອງພະລັງງານໄຟຟ້າ. ຫຼັກຂອງພາກສະຫນາມນີ້ໃນ EVs ແມ່ນ IGBT.
IGBTs ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນສະຫຼັບເອເລັກໂຕຣນິກໃນ powertrain ຂອງ EV, ໂດຍສະເພາະໃນ inverter, ເຊິ່ງປ່ຽນ DC ຈາກຫມໍ້ໄຟເຂົ້າໄປໃນ AC ສໍາລັບມໍເຕີ. ພວກເຂົາເຈົ້າເຮັດໃຫ້ການສະຫຼັບຢ່າງໄວວາໃນແຮງດັນສູງແລະກະແສໄຟຟ້າ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະຄວບຄຸມຄວາມໄວມໍເຕີ, ແຮງບິດ, ແລະປະສິດທິພາບທີ່ຊັດເຈນ - ທັງຫມົດໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍພະລັງງານ.
IGBT ແມ່ນຫຍັງ?
ເປັນ Insulated Gate Transistor ປະສົມປະສານສອງເທກໂນໂລຍີ transistor ທີ່ສໍາຄັນ: MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) ແລະ BJT (Bipolar Junction Transistor). ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນອຸປະກອນທີ່ມີຄວາມງ່າຍຂອງການປ້ອນຂໍ້ມູນແລະຄວາມໄວການປ່ຽນໄວຂອງ MOSFET, ພ້ອມກັບຄວາມສາມາດໃນການຈັດການໃນປະຈຸບັນສູງຂອງ BJT.
ຕາມໂຄງສ້າງ, IGBT ມີສາມຈຸດ: ປະຕູ, ຕົວເກັບ, ແລະ emitter. ແຮງດັນໄຟຟ້າຂະໜາດນ້ອຍຢູ່ທີ່ປະຕູຄວບຄຸມກະແສໄຟຟ້າທີ່ໃຫຍ່ກວ່າລະຫວ່າງຕົວເກັບກຳ ແລະເຄື່ອງປ່ອຍອາຍພິດ. ການອອກແບບນີ້ເຮັດໃຫ້ IGBTs ໂດຍສະເພາະແມ່ນເຫມາະສົມສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຕ້ອງການແຮງດັນສູງແລະປະຈຸບັນ - ເງື່ອນໄຂທົ່ວໄປໃນ powertrains ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ.
Inverter: ບ່ອນທີ່ IGBTs ເຮັດການຍົກຫນັກ
traction inverter ແມ່ນບ່ອນທີ່ IGBTs ປະຕິບັດບົດບາດສໍາຄັນທີ່ສຸດຂອງເຂົາເຈົ້າ. ມັນປ່ຽນແຮງດັນ DC ຈາກຊຸດຫມໍ້ໄຟ (ໂດຍປົກກະຕິລະຫວ່າງ 300V ແລະ 800V) ເປັນແຮງດັນໄຟຟ້າ AC ສາມເຟດທີ່ໃຫ້ພະລັງງານກັບມໍເຕີ. inverter ບັນລຸສິ່ງນີ້ໂດຍຜ່ານ Pulse Width Modulation (PWM), ເຕັກນິກທີ່ IGBTs ເປີດແລະປິດຢ່າງໄວວາ - ເລື້ອຍໆຫຼາຍສິບພັນຄັ້ງຕໍ່ວິນາທີ.
ໂດຍການປັບຮອບວຽນໜ້າທີ່ຂອງກຳມະຈອນເຫຼົ່ານີ້, inverter ສ້າງຮູບຊົງຄື້ນທີ່ຈຳລອງພະລັງງານ AC sinusoidal. ຂະບວນການນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ຈະຊັດເຈນ, ແຕ່ຍັງມີປະສິດທິພາບ. ທຸກໆຄັ້ງທີ່ສະຫຼັບ IGBT, ມີການສູນເສຍພະລັງງານເລັກນ້ອຍໃນຮູບແບບຄວາມຮ້ອນ. ການຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍເຫຼົ່ານີ້ເປັນສິ່ງຈໍາເປັນສໍາລັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຍານພາຫະນະແລະຂອບເຂດສູງສຸດ.
ໂມດູນ IGBT ຂັ້ນສູງສໍາລັບ EVs ໄດ້ຖືກອອກແບບດ້ວຍການຫຼຸດລົງຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າໃນລັດຕ່ໍາ (ການຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍການນໍາ) ແລະພຶດຕິກໍາການສະຫຼັບທີ່ດີທີ່ສຸດເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍການສະຫຼັບ. ໃນການຂັບລົດໃນໂລກທີ່ແທ້ຈິງ, ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າຄວາມເລັ່ງກ້ຽງ, ເບກທີ່ມີການຟື້ນຟູທີ່ດີກວ່າ, ແລະພະລັງງານເສຍຫາຍຫນ້ອຍ.
ແຮງດັນສູງ, ກະແສໄຟຟ້າສູງ, ຄວາມຄາດຫວັງສູງ
ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າຕ້ອງການອົງປະກອບທີ່ສາມາດຮັບມືກັບຄວາມກົດດັນໄຟຟ້າທີ່ສຸດ. ລົດໄຟໄຟຟ້າໃນ EV ທີ່ທັນສະໄຫມອາດຈະດຶງກະແສໄຟຟ້າຫຼາຍຮ້ອຍ amps ໃນລະຫວ່າງການເລັ່ງແລະເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ແຮງດັນທີ່ເກີນ 600V. IGBTs ມີຄວາມສາມາດພິເສດໃນການຈັດການເງື່ອນໄຂເຫຼົ່ານີ້ຍ້ອນ:
ຄວາມອາດສາມາດສະກັດກັ້ນແຮງດັນສູງ (ປົກກະຕິ 600V-1700V)
ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນສູງ , ເຮັດໃຫ້ພວກມັນຫນາແຫນ້ນແຕ່ມີອໍານາດ
ປະສິດທິພາບຄວາມຮ້ອນທີ່ເຂັ້ມແຂງ , ທົນທານຕໍ່ຄວາມຮ້ອນທີ່ສ້າງຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານ
ໂມດູນ IGBT ສ່ວນໃຫຍ່ສໍາລັບ EVs ແມ່ນປະສົມປະສານເຂົ້າໃນໂມດູນພະລັງງານທີ່ປະກອບມີ IGBTs ຫຼາຍ, diodes freewheeling, ໄດເວີປະຕູ, ແລະແມ້ກະທັ້ງເຊັນເຊີຄວາມຮ້ອນ. ໂມດູນເຫຼົ່ານີ້ຖືກອອກແບບມາເພື່ອຮັບມືກັບສະພາບແວດລ້ອມຂອງລົດຍົນທີ່ຮຸນແຮງ - ການສັ່ນສະເທືອນ, ຮອບວຽນອຸນຫະພູມ, ແລະຂໍ້ຈໍາກັດໃນພື້ນທີ່ - ໃນຂະນະທີ່ສະຫນອງປະສິດທິພາບໄຟຟ້າທີ່ດີທີ່ສຸດ.
Regenerative Braking ແລະການໄຫຼຂອງພະລັງງານ bidirectional
IGBTs ຍັງເປັນຈຸດໃຈກາງຂອງເທັກໂນໂລຍີ EV ທີ່ສຳຄັນອີກອັນໜຶ່ງຄື: ການເບຣກແບບຟື້ນຟູ. ໃນຮູບແບບນີ້, ມໍເຕີໄຟຟ້າເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນເຄື່ອງກໍາເນີດ, ປ່ຽນພະລັງງານ kinetic ຂອງຍານພາຫະນະກັບຄືນໄປບ່ອນເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າໃນລະຫວ່າງການຫຼຸດລົງ. ເຄື່ອງເອເລັກໂທຣນິກພະລັງງານຕ້ອງປ່ຽນທິດທາງການໄຫຼຂອງພະລັງງານ - ຈາກມໍເຕີກັບຫມໍ້ໄຟ.
IGBTs ອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນການໄຫຼວຽນຂອງສອງທິດທາງນີ້ໂດຍຜ່ານການສະຫຼັບຄວບຄຸມ. ຄວາມສາມາດຂອງເຂົາເຈົ້າໃນການເປີດແລະປິດຢ່າງໄວວາແລະຈັດການ spikes ຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນປະຈຸບັນເຮັດໃຫ້ການຟື້ນຕົວພະລັງງານປະສິດທິພາບ, ການປັບປຸງໄລຍະການຂັບລົດແລະຫຼຸດຜ່ອນການສວມໃສ່ໃນອົງປະກອບເບກກົນຈັກ.
ການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນ: ຮັກສາຄວາມເຢັນພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນ
ໃນຂະນະທີ່ IGBTs ມີປະສິດທິພາບ, ພວກເຂົາຍັງສ້າງຄວາມຮ້ອນ, ໂດຍສະເພາະໃນລະຫວ່າງການປ່ຽນຢ່າງໄວວາຫຼືພາຍໃຕ້ການໂຫຼດສູງ. ດັ່ງນັ້ນການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນແມ່ນເປັນລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນຂອງ ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ IGBT ໃນ EVs. ຄວາມຮ້ອນເກີນສາມາດເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບຫຼຸດລົງຫຼືນໍາໄປສູ່ຄວາມລົ້ມເຫຼວ, ດັ່ງນັ້ນການແກ້ໄຂຄວາມເຢັນຂັ້ນສູງແມ່ນໃຊ້:
ອະລູມິນຽມ nitride substrates ເຊລາມິກ ສໍາລັບການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ
ແຜ່ນຮອງພື້ນລະບາຍຄວາມຮ້ອນຂອງແຫຼວ ໃນໂມດູນພະລັງງານສູງ
ເຊັນເຊີຄວາມຮ້ອນແບບປະສົມປະສານ ສໍາລັບການກວດສອບອຸນຫະພູມໃນເວລາທີ່ແທ້ຈິງ
IGBTs ມັກຈະຖືກລວມເຂົ້າກັນກັບວັດສະດຸການໂຕ້ຕອບຄວາມຮ້ອນແລະເຄື່ອງແຜ່ຄວາມຮ້ອນເພື່ອຮັບປະກັນການປະຕິບັດທີ່ສອດຄ່ອງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຂັບຂີ່ທັງຫມົດ - ຈາກການຈະລາຈອນຢຸດແລະໄປຈົນເຖິງການເລັ່ງຄວາມໄວເຕັມທີ່ຢູ່ເທິງທາງດ່ວນ.
ການແຂ່ງຂັນ: IGBTs ທຽບກັບ SiC MOSFETs
ໃນຂະນະທີ່ເຕັກໂນໂລຢີພັດທະນາ, Silicon Carbide (SiC) MOSFETs ໄດ້ກາຍເປັນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ມີທ່າແຮງຕໍ່ IGBTs ໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ EV. ອຸປະກອນ SiC ສະຫນອງຄວາມໄວການປ່ຽນໄວ, ການສູນເສຍຕ່ໍາ, ແລະປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າໃນອຸນຫະພູມສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພວກມັນມີລາຄາແພງກວ່າແລະມີຄວາມແກ່ຍາວຫນ້ອຍໃນການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່.
ໃນປັດຈຸບັນ, IGBTs ຍັງຄົງເປັນທາງເລືອກທີ່ເດັ່ນໃນ EVs ລະດັບກາງແລະປະເພດປະສົມ, ໂດຍສະເພາະບ່ອນທີ່ປະສິດທິພາບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແມ່ນສໍາຄັນ. EVs ທີ່ນິຍົມຫຼາຍແມ່ນເລີ່ມຮັບຮອງເອົາ SiC MOSFETs, ໂດຍສະເພາະສໍາລັບສະຖາປັດຕະຍະກໍາ 800V, ແຕ່ IGBTs ຍັງຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນລະບົບ 400V ທົ່ວໄປໃນ EVs ຕົ້ນຕໍຈໍານວນຫຼາຍ.
ການແກ້ໄຂປະສົມປະສານແລະໂມດູນອັດສະລິຍະ
ເພື່ອເຮັດໃຫ້ການອອກແບບງ່າຍຂຶ້ນ ແລະປັບປຸງຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືໄດ້, ເຄື່ອງໄຟຟ້າ EV ທີ່ທັນສະໄຫມໄດ້ນໍາໃຊ້ໂມດູນພະລັງງານອັດສະລິຍະທີ່ອີງໃສ່ IGBT (IPMs). ໂມດູນເຫຼົ່ານີ້ປະສົມປະສານ:
IGBTs ແລະຄົນຂັບລົດປະຕູ
ການປ້ອງກັນໃນຊິບ (ຕໍ່ຕ້ານ overvoltage, overcurrent, ແລະ overtemperature)
ຄວາມສາມາດວິເຄາະແລະຄໍາຄຶດຄໍາເຫັນ
ການກັ່ນຕອງ EMI ແລະການຫຸ້ມຫໍ່ຫນາແຫນ້ນ
ການເຊື່ອມໂຍງນີ້ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສັບສົນຂອງລະບົບ, ຫຼຸດຜ່ອນອັດຕາການລົ້ມເຫຼວ, ແລະປັບປຸງຄວາມງ່າຍໃນການຜະລິດ - ສໍາຄັນສໍາລັບການຜະລິດ EV ຈໍານວນຫລາຍ.
ອາຍຸຍືນ, ຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖື, ແລະຄວາມປອດໄພ
ໃນສະພາບແວດລ້ອມຂອງລົດຍົນ, ຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືແມ່ນບໍ່ສາມາດຕໍ່ລອງໄດ້. ໂມດູນ IGBT ໄດ້ຮັບການທົດສອບຄຸນສົມບັດຢ່າງເຂັ້ມງວດ, ລວມທັງວົງຈອນຄວາມຮ້ອນ, ການຕໍ່ຕ້ານຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ, ການທົດສອບການສັ່ນສະເທືອນ, ແລະສະຖານະການຄວາມກົດດັນສູງ. ກົນໄກຄວາມລົ້ມເຫລວຂອງພວກເຂົາແມ່ນເຂົ້າໃຈດີ, ແລະພວກເຂົາສາມາດປະຕິບັດຫນ້າເຊື່ອຖືໄດ້ຫຼາຍກວ່າຫນຶ່ງທົດສະວັດທີ່ມີການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫມາະສົມ.
ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຄຸນນະສົມບັດຄວາມປອດໄພໃນຕົວເຊັ່ນ: ການປ້ອງກັນວົງຈອນສັ້ນ, ການກວດສອບຄວາມອີ່ມຕົວ, ແລະກົນໄກການປິດການອ່ອນນຸ້ມຮັບປະກັນວ່າເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ໃນສະພາບທີ່ຜິດພາດ, IGBTs ປິດລົງຢ່າງສະຫງ່າງາມ, ປົກປ້ອງຍານພາຫະນະແລະຜູ້ໂດຍສານຂອງມັນ.
ຂັບລົດອະນາຄົດຂອງການເຄື່ອນຍ້າຍໄຟຟ້າ
ການຫັນປ່ຽນໄປສູ່ການເຄື່ອນທີ່ໄຟຟ້າບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ການປ່ຽນເຄື່ອງຈັກສໍາລັບມໍເຕີເທົ່ານັ້ນ. ມັນກ່ຽວຂ້ອງກັບການຄິດຄືນໃຫມ່ວິທີການຄຸ້ມຄອງພະລັງງານ, ເກັບຮັກສາໄວ້, ແລະການນໍາໃຊ້. IGBTs ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການຫັນປ່ຽນນີ້. ພວກມັນເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຜູ້ເຝົ້າປະຕູພະລັງງານ, ຮັບປະກັນວ່າທຸກໆວັດທີ່ຈາກແບັດເຕີຣີຖືກປ່ຽນເປັນການເຄື່ອນໄຫວຢ່າງມີປະສິດທິພາບ—ຫຼືຖືກເກັບໄວ້ໃນລະຫວ່າງການເບຣກ.
ໃນຂະນະທີ່ການຮັບຮອງເອົາ EV ເຕີບໂຕໃນທົ່ວໂລກ, ຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບເຄື່ອງໄຟຟ້າທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ເຊື່ອຖືໄດ້, ແລະກະທັດຮັດ. IGBTs, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການປະດິດສ້າງເຊັ່ນໂຄງສ້າງປະຕູຮົ້ວ trench ແລະການອອກແບບຢຸດພາກສະຫນາມ, ສືບຕໍ່ພັດທະນາເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການເຫຼົ່ານີ້. ໃນທີ່ສຸດພວກມັນອາດຈະຖືກປ່ຽນແທນດ້ວຍອຸປະກອນ SiC ໃນບາງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີລະດັບສູງ, ແຕ່ສໍາລັບໃນປັດຈຸບັນ, ພວກເຂົາເຈົ້າຍັງຄົງເປັນ workhorse ຂອງ EV powertrain.
ສະຫຼຸບ
IGBTs ແມ່ນ heroes unsung ຂອງຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ. ເຂົາເຈົ້າບໍ່ໄດ້ຍ້າຍລໍ້ ຫຼືເກັບຮັກສາພະລັງງານ, ແຕ່ເຂົາເຈົ້າຮັບປະກັນວ່າພະລັງງານໄຫຼຢ່າງແນ່ນອນ ແລະປະສິດທິພາບຈາກຫມໍ້ໄຟໄປຖະຫນົນຫົນທາງ. ຈາກ traction inverters ໄປສູ່ການເບກທີ່ເກີດໃຫມ່, ການຈັດການຄວາມຮ້ອນກັບຄຸນນະສົມບັດຄວາມປອດໄພປະສົມປະສານ, IGBTs ສະຫນັບສະຫນູນເກືອບທຸກຫນ້າທີ່ທີ່ສໍາຄັນໃນ powertrain ຂອງ EV.
ໃນຂະນະທີ່ໂລກຍານຍົນແລ່ນໄປສູ່ການບໍ່ມີການປ່ອຍອາຍພິດ ແລະການເຄື່ອນທີ່ທີ່ສະຫຼາດຂຶ້ນ, IGBTs ບໍ່ພຽງແຕ່ຮັກສາໄວ້ເທົ່ານັ້ນ—ພວກມັນກໍາລັງຂັບເຄື່ອນການປ່ຽນແປງ. ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບບົດບາດຂອງເຂົາເຈົ້າຊ່ວຍເຮັດໃຫ້ແສງສະຫວ່າງຂອງເຕັກໂນໂລຢີທີ່ຊັບຊ້ອນແລະຫນ້າສົນໃຈທີ່ເຮັດໃຫ້ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າທີ່ທັນສະໄຫມບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນໄປໄດ້, ແຕ່ມີພະລັງ, ປອດໄພ, ແລະມີປະສິດທິພາບ.
