Автомашины үйлдвэрлэл цахилгаанжуулалт руу хурдацтай хөгжиж байгаа тул нэг технологи нь энэхүү хувьсгалыг чимээгүйхэн дэмжсээр байна: Тусгаарлагдсан хаалганы хоёр туйлт транзистор (IGBT). Батерей болон мотор нь цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд (EVs) ихэвчлэн анхаарлын төвд байдаг ч IGBT нь цахилгаан эрчим хүчийг хувиргах, удирдахад хөшигний ард чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Үүнгүйгээр цахилгаан хөдөлгүүр буюу EV-ийн зүрх нь үр ашигтай, найдвартай ажиллахад хэцүү байх болно. IGBT-ууд хэрхэн ажилладаг, яагаад чухал болохыг ойлгох нь цахилгаан эрин үеийн жинхэнэ хөдөлгүүрийг үнэлэхэд зайлшгүй шаардлагатай.
Дотоод шаталтаас цахилгаан хөдөлгүүр хүртэл
Уламжлалт тээврийн хэрэгсэл нь түлшийг механик энерги болгон хувиргадаг дотоод шаталтат хөдөлгүүрт тулгуурладаг. Үүний эсрэгээр, цахилгаан машинууд батерейгаар ажилладаг цахилгаан мотор ашигладаг. Гэсэн хэдий ч, энэ унтраалга нь зайг моторт холбохтой адил хялбар биш юм. Моторууд үр ашигтай ажиллахын тулд хувьсах гүйдэл (AC) шаарддаг бол батерей нь шууд гүйдэл (DC) хадгалдаг. Энэ ялгааг арилгахын тулд цахилгаан эрчим хүчийг хувиргах, хянах, удирдах чиглэлээр ажилладаг эрчим хүчний электроникийн салбар шаардлагатай. EV-ийн энэ салбарын гол цөм нь IGBT юм.
IGBT нь EV-ийн цахилгаан дамжуулах системд, ялангуяа инвертерт электрон унтраалга болж, батарейгаас тогтмол гүйдлийн хүчийг моторын хувьсах гүйдэл болгон хувиргадаг. Эдгээр нь өндөр хүчдэл, гүйдэлд хурдан шилжих боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь хөдөлгүүрийн хурд, эргэлт, үр ашгийг нарийн хянах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эрчим хүчний алдагдлыг багасгах боломжийг олгодог.
IGBT гэж юу вэ?
Тусгаарлагдсан хаалганы хоёр туйлт транзистор нь хоёр үндсэн транзисторын технологийг нэгтгэдэг: MOSFET (Металл-оксид-хагас дамжуулагч талбайн нөлөөллийн транзистор) ба BJT (Хоёр туйлт уулзвар транзистор). Үүний үр дүнд MOSFET-ийн оролтын хялбар байдал, хурдан шилжих хурд, BJT-ийн өндөр гүйдэл зохицуулах хүчин чадалтай төхөөрөмж юм.
Бүтцийн хувьд IGBT нь хаалга, коллектор, ялгаруулагч гэсэн гурван терминалтай. Хаалган дээрх жижиг хүчдэл нь коллектор ба ялгаруулагчийн хоорондох илүү их гүйдлийг хянадаг. Энэхүү загвар нь IGBT-ийг өндөр хүчдэл, гүйдэл шаардсан хэрэглээнд ялангуяа тохиромжтой болгодог - цахилгаан тээврийн хэрэгслийн цахилгаан дамжуулах системд түгээмэл тохиолддог нөхцөлүүд.
Инвертер: IGBT нь хүнд ачааг өргөдөг газар
IGBT нь хамгийн чухал үүргийг гүйцэтгэдэг газар бол зүтгүүрийн инвертер юм. Энэ нь батерейнаас тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг (ихэвчлэн 300V ба 800V хооронд) моторыг тэжээдэг гурван фазын хувьсах гүйдлийн хүчдэл болгон хувиргадаг. Инвертер нь үүнийг импульсийн өргөн модуляц (PWM) ашиглан хийдэг бөгөөд IGBT нь секундэд хэдэн арван мянган удаа хурдан асааж, унтраадаг техник юм.
Эдгээр импульсийн үүргийн циклийг тохируулснаар инвертер нь синусоид хувьсах гүйдлийн хүчийг дуурайлган долгионы хэлбэрийг үүсгэдэг. Энэ үйл явц нь зөвхөн нарийвчлалтай төдийгүй үр дүнтэй байх ёстой. IGBT шилжих бүрт дулаан хэлбэрээр бага хэмжээний энерги алдагддаг. Эдгээр алдагдлыг багасгах нь тээврийн хэрэгслийн хүрээг нэмэгдүүлэх, гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай.
EV-д зориулсан дэвшилтэт IGBT модулиуд нь сэлгэн залгах алдагдлыг багасгахын тулд төлөвт бага хүчдэлийн уналт (дамжуулагчийн алдагдлыг бууруулах) болон сэлгэн залгах горимыг оновчтой байдлаар зохион бүтээсэн. Бодит жолоодлогын хувьд энэ нь илүү зөөлөн хурдасгах, илүү сайн нөхөн төлжих тоормос, бага зарцуулалт гэсэн үг юм.
Өндөр хүчдэл, өндөр гүйдэл, өндөр хүлээлт
Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл нь цахилгааны хэт ачааллыг даван туулах чадвартай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шаарддаг. Орчин үеийн цахилгаан хөдөлгүүрт хөдөлгүүр нь хурдатгалын үед хэдэн зуун ампер гүйдэл татаж, 600 В-оос дээш хүчдэлтэй ажилладаг. IGBT нь дараах нөхцөл байдлын ачаар эдгээр нөхцлийг зохицуулах онцгой чадвартай байдаг.
Өндөр хүчдэлийн хаах хүчин чадал (ихэвчлэн 600V–1700V)
Өндөр гүйдлийн нягт нь тэдгээрийг авсаархан боловч хүчирхэг болгодог
чадвартай дулааны гүйцэтгэлАшиглалтын явцад үүссэн дулааныг тэсвэрлэх
EV-д зориулсан ихэнх IGBT модулиуд нь олон IGBT, чөлөөтэй эргэх диод, хаалганы драйвер, тэр ч байтугай дулааны мэдрэгч зэргийг багтаасан тэжээлийн модулиудад нэгдсэн байдаг. Эдгээр модулиуд нь чичиргээ, температурын эргэлт, орон зайн хязгаарлалт зэрэг автомашины хатуу ширүүн орчинг зохицуулахын зэрэгцээ цахилгааны оновчтой гүйцэтгэлийг хангахад зориулагдсан.
Сэргээх тоормослох ба хоёр чиглэлтэй эрчим хүчний урсгал
IGBT нь мөн өөр нэг чухал EV технологийн гол төв юм: нөхөн төлжих тоормос. Энэ горимд цахилгаан мотор нь генераторын үүрэг гүйцэтгэж, хурд саарах үед тээврийн хэрэгслийн кинетик энергийг дахин цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Эрчим хүчний электроник нь мотороос батарей хүртэлх энергийн урсгалын чиглэлийг өөрчлөх ёстой.
IGBT нь хяналттай сэлгэн залгах замаар хоёр чиглэлтэй гүйдлийн урсгалыг хөнгөвчилдөг. Тэдгээрийн хурдан асаах, унтраах, их хэмжээний гүйдлийн хурдацтай ажиллах чадвар нь эрчим хүчийг үр ашигтайгаар сэргээх, жолоодлогын хүрээг сайжруулах, механик тоормосны эд ангиудын элэгдлийг багасгах боломжийг олгодог.
Дулааны менежмент: Даралтын дор сэрүүн байлгах
IGBT нь үр ашигтай боловч, ялангуяа хурдан шилжих үед эсвэл өндөр гүйдлийн ачаалалтай үед дулаан үүсгэдэг. Тиймээс дулааны менежмент нь чухал тал юм Цахилгаан машин дахь IGBT програм . Хэт халалт нь гүйцэтгэлийг муутгаж эсвэл бүтэлгүйтэлд хүргэж болзошгүй тул хөргөлтийн дэвшилтэт шийдлүүдийг ашигладаг:
хөнгөн цагаан нитридын керамик субстрат Өндөр дулаан дамжилтын хувьд
шингэн хөргөлттэй суурь хавтан Өндөр хүчин чадалтай модуль дахь
нэгдсэн дулаан мэдрэгч Бодит цагийн температурыг хянах
IGBT-ийг ихэвчлэн дулааны интерфэйсийн материал, дулаан түгээгчтэй хослуулан жолоодлогын бүх нөхцөлд тогтвортой гүйцэтгэлийг хангах, зогсох, явах хөдөлгөөнөөс эхлээд хурдны зам дээр бүрэн хурдасгах хүртэл ажилладаг.
Өрсөлдөөн: IGBT ба SiC MOSFET
Технологи хөгжихийн хэрээр цахиурын карбид (SiC) MOSFET-ууд нь EV-ийн хэрэглээнд IGBT-ийн эсрэг өрсөлдөгчид болж гарч ирсэн. SiC төхөөрөмжүүд нь илүү хурдан шилжих хурд, бага алдагдал, өндөр температурт илүү сайн гүйцэтгэлийг санал болгодог. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд мэдэгдэхүйц илүү үнэтэй бөгөөд боловсорч гүйцдэггүй.
Одоогийн байдлаар IGBT нь дунд зэргийн EV болон эрлийз, ялангуяа зардлын хэмнэлт чухал байдаг гол сонголт хэвээр байна. Олон тооны дээд зэрэглэлийн EV-үүд SiC MOSFET-ийг, ялангуяа 800 В-ын архитектурт ашиглаж эхэлж байгаа ч IGBT-ийг олон төрлийн цахилгаан машинуудад түгээмэл байдаг 400 В системд өргөн ашигладаг хэвээр байна.
Нэгдсэн шийдэл ба ухаалаг модулиуд
Загварыг хялбарчлах, найдвартай байдлыг сайжруулахын тулд орчин үеийн EV хөдөлгүүрүүд IGBT-д суурилсан ухаалаг тэжээлийн модулиудыг (IPMs) ашиглах нь улам бүр нэмэгдсээр байна. Эдгээр модулиуд нь:
IGBT болон хаалганы жолооч нар
Чип дээрх хамгаалалт (хэт хүчдэл, хэт гүйдэл, хэт температурын эсрэг)
Оношлогоо, санал хүсэлтийн чадвар
EMI шүүлтүүр ба авсаархан савлагаа
Энэхүү интеграци нь системийн нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулж, эвдрэлийн түвшинг бууруулж, үйлдвэрлэлийн хялбар байдлыг сайжруулдаг нь олон тооны цахилгаан машин үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм.
Урт наслалт, найдвартай байдал, аюулгүй байдал
Автомашины орчинд найдвартай байдал нь тохиролцох боломжгүй юм. IGBT модулиуд нь дулааны эргэлт, чийгийн эсэргүүцэл, чичиргээний туршилт, өндөр хүчдэлийн стрессийн хувилбаруудыг багтаасан нарийн мэргэшлийн шалгалтанд хамрагддаг. Тэдний эвдрэлийн механизм нь сайн ойлгогдсон бөгөөд дулааны зөв менежментээр арав гаруй жилийн турш найдвартай ажиллах боломжтой.
Түүнчлэн, богино залгааны хамгаалалт, ханалт алдалтыг илрүүлэх, зөөлөн унтрах механизм зэрэг аюулгүй байдлын суурилуулсан функцууд нь эвдэрсэн нөхцөлд ч гэсэн IGBT-ийг аятайхан унтрааж, тээврийн хэрэгсэл болон зорчигчдыг хамгаалдаг.
Цахилгаан хөдөлгөөнт байдлын ирээдүйг жолоодох нь
Цахилгаан хөдөлгөөнд шилжих нь зөвхөн хөдөлгүүрийг мотороор солих явдал биш юм. Энэ нь эрчим хүчийг хэрхэн удирдах, хадгалах, ашиглах талаар дахин бодох явдал юм. Энэ өөрчлөлтөд IGBT гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэд эрчим хүчний хаалгач болж, батарейгаас гарч буй ватт бүрийг хөдөлгөөнд үр ашигтайгаар хувиргах эсвэл тоормослох үед хадгалах боломжийг олгодог.
Дэлхий даяар EV-ийн хэрэглээ өсөхийн хэрээр илүү үр ашигтай, найдвартай, авсаархан цахилгаан хэрэгслийн эрэлт нэмэгдэж байна. IGBT-ууд, ялангуяа суваг хаалганы бүтэц, талбайн зогсоолын загвар зэрэг шинэчлэлүүд нь эдгээр шаардлагыг хангахын тулд үргэлжлүүлэн хөгжиж байна. Тэдгээрийг эцэст нь зарим өндөр түвшний хэрэглээнд SiC төхөөрөмжөөр сольж болох ч одоохондоо тэд EV-ийн хүч чадлын гол хүч хэвээр байна.
Дүгнэлт
IGBT бол цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үл мэдэгдэх баатрууд юм. Тэд дугуйг хөдөлгөдөггүй, эрчим хүчээ хуримтлуулдаггүй ч батарейгаас зам руу эрчим хүчийг нарийн, үр ашигтайгаар дамжуулдаг. IGBT нь зүтгүүрийн инвертерүүдээс авахуулаад нөхөн төлжих тоормос, дулааны зохицуулалт, аюулгүй байдлын нэгдсэн функцууд хүртэл EV-ийн эрчим хүчний систем дэх бараг бүх чухал үүргийг гүйцэтгэдэг.
Автомашины ертөнц утаа ялгаруулахгүй байх, илүү ухаалаг хөдөлгөөнтэй болохын төлөө уралдаж байгаа энэ үед IGBT-ууд зүгээр л зогсохгүй, өөрчлөлтийг хөдөлгөж байна. Тэдний үүргийг ойлгох нь орчин үеийн цахилгаан тээврийн хэрэгслийг зөвхөн боломжтой төдийгүй хүчирхэг, аюулгүй, үр ашигтай болгодог нарийн төвөгтэй, гайхалтай технологийг гэрэлтүүлэхэд тусалдаг.
