Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) ၏ အခြေခံများကို နားလည်ခြင်း- ၎င်းတို့ အလုပ်လုပ်ပုံနှင့် အဘယ်ကြောင့် အရေးကြီးသည်

ခေတ်မီပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်လောကတွင်၊ ထိရောက်မှု၊ ထိန်းချုပ်မှုနှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုသည် အရေးကြီးသည်။ လျှပ်စစ်ကားများမှ စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး အလိုအလျောက်စနစ်အထိ၊ ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်စနစ်များမှ စားသုံးသူသုံးပစ္စည်းများအထိ၊ ထိရောက်သောစွမ်းအင်စီမံခန့်ခွဲမှုသည် အီလက်ထရွန်းနစ်စနစ်များ၏ အောင်မြင်မှုကို အဓိပ္ပာယ်ဖွင့်ဆိုသည်။ ဤစွမ်းအင်ထိန်းချုပ်မှု၏ဗဟိုတွင်အခြေခံတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးကိရိယာ- Insulated Gate Bipolar Transistor သို့မဟုတ် IGBT ဖြစ်သည်။ အသစ်မဟုတ်ပေမယ့်၊ IGBTs များသည် မြင့်မားသော ပါဝါနှင့် ထိရောက်သော ကူးပြောင်းမှု မရှိမဖြစ် လိုအပ်သည့် အသုံးချပရိုဂရမ်များကို ဆက်လက်တိုးတက်ပြောင်းလဲကာ လွှမ်းမိုးထားသည်။

နည်းပညာနှစ်ခုကြား ပေါင်းကူးတံတား

ဟိ IGBT ကို ထရန်စစ္စတာ နည်းပညာနှစ်ခု၏ ပေါင်းစပ်တစ်ခုအဖြစ် ဖော်ပြလေ့ရှိသည်- MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) နှင့် BJT (Bipolar Junction Transistor) တို့ဖြစ်သည်။ MOSFET များသည် ၎င်းတို့၏ လျင်မြန်သော ကူးပြောင်းမှုအမြန်နှုန်းများနှင့် ဗို့အားထိန်းချုပ်သည့် လုပ်ဆောင်ချက်ကြောင့် လူသိများကြပြီး BJTs များသည် မောင်းနှင်ရန်အတွက် လျှပ်စီးကြောင်း လိုအပ်သော်လည်း နိမ့်သောလျှပ်စီးကြောင်းများကို ကိုင်တွယ်ရာတွင် ထူးချွန်သည်။ IGBT သည် MOSFET ၏ ဂိတ်ပေါက်မောင်းနှင်မှုရိုးရှင်းမှုကို BJT ၏ လက်ရှိကိုင်တွယ်လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းနှင့် ပေါင်းစပ်ကာ ဗို့အားထိန်းချုပ်သော်လည်း ပါဝါမြင့်သောအခြေအနေများအတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ထားသော terminal သုံးခုကို ဖန်တီးထားသည်။

ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံအရ၊ IGBT သည် လေးလွှာတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းဗိသုကာ-ပုံမှန်အားဖြင့် P+ ​​– N− – P – N+ ပေါ်တွင်တည်ဆောက်ထားသည်။ အပေါ်ဘက်မှ ဂိတ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းသည် ထုတ်လွှတ်သည့် နှင့် အရင်းခံ အခြေစိုက်ဒေသကြား လျှပ်ကူးလမ်းကြောင်းကို ထိန်းချုပ်သည့် MOSFET တည်ဆောက်ပုံဖြစ်ပြီး ၎င်းသည် ကပ်ပါး PNP ထရန်စစ္စတာ၏ အခြေခံအဖြစ် လုပ်ဆောင်သည်။ ထိန်းချုပ်မှုယန္တရားသည် ဂိတ်ပေါက်မှတစ်ဆင့် ဖြစ်သော်လည်း BJT ၏ အားသွင်းမှုဆိုင်ရာ အပြုအမူမှ ပင်မလျှပ်ကူးလမ်းကြောင်းသည် အကျိုးကျေးဇူးများသည်။ ဤထူးခြားသောအစီအစဉ်သည် IGBT အား မြင့်မားသောလက်ရှိအဆင့်တွင် conduction ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးနေသေးသော်လည်း အနည်းဆုံး gate drive ဖြင့်ဖွင့်နိုင်စေသည်။

လက်တွေ့ကျသောစည်းမျဥ်းများတွင် လည်ပတ်မှုအခြေခံမူများ

IGBT သည် လက်တွေ့ကမ္ဘာဆားကစ်များတွင် မည်သို့လည်ပတ်သည်ကို နားလည်ရန်၊ လျှပ်စစ်မော်တာမောင်းနှင်မှုစနစ်ရှိ ပုံမှန်ပါဝါအင်ဗာတာတစ်ခုကို စဉ်းစားပါ။ လည်ပတ်နေစဉ်အတွင်း၊ IGBT သည် မော်တာအကွေ့အကောက်များမှတစ်ဆင့် လျှပ်စီးကြောင်းကို စီးဆင်းခွင့်ပြုရန် ခလုတ်ဖွင့်ပြီး စီးဆင်းမှုကို နှောင့်ယှက်ရန် ပိတ်ကာ DC bus မှ AC လှိုင်းပုံစံများကို ပေါင်းစပ်ပေးသည့် pulse-width modulated (PWM) အချက်ပြမှုများကို ဖန်တီးပေးပါသည်။

emitter နှင့် ဆက်စပ်သော gate terminal သို့ positive voltage ကို သက်ရောက်သောအခါ၊ gate oxide အောက်ပြောင်းပြန်အလွှာတစ်ခုသည် MOS channel တွင် အီလက်ထရွန်စီးဆင်းမှုကို အားကောင်းစေသည်။ ၎င်းသည် စုဆောင်းသူမှ အပေါက်ထဲသို့ ထိုးသွင်းခြင်းအတွက် လမ်းကြောင်း—အတက်အကျမြန်သော ကိရိယာတစ်ခု၏ ပုံမှန်လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်သည့် ပျံ့လွင့်သည့်ဒေသသို့ လမ်းကြောင်းဖွင့်ပေးသည်။ ဤအားသွင်းဆေးထိုးခြင်းသည် ပျံ့နေသောဒေသ၏ ခံနိုင်ရည်အား သိသိသာသာ လျော့နည်းစေပြီး၊ အထူးသဖြင့် 400V အထက် ဗို့အား 400V အထက်တွင် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သော MOSFET ထက် များစွာနိမ့်သော အခြေအနေတွင် ဗို့အားကျဆင်းမှု ဖြစ်စေသည်။

သို့သော်၊ ဂိတ်ဗို့အားကိုဖယ်ရှားလိုက်သောအခါ၊ ချန်နယ်ပိတ်သွားပြီး စက်ပိတ်သွားပါသည်။ Drift ဒေသတွင် သိမ်းဆည်းထားသော အခကြေးငွေကြောင့် (အစောပိုင်း အပေါက်ထိုးခြင်းမှ)၊ IGBT ၏ အဖွင့်အပိတ်အပြုအမူကို ဖော်ပြသည့် 'tail current' ဟု ခေါ်သော နှောင့်နှေးမှု ရှိပါသည်။ ဤအမြီးလျှပ်စီးကြောင်းအား ကောင်းစွာမစီမံပါက ကူးပြောင်းခြင်းဆုံးရှုံးမှုနှင့် လျှပ်စစ်သံလိုက်ဝင်ရောက်စွက်ဖက်မှု (EMI) ကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သည်။ အင်ဂျင်နီယာများသည် ၎င်းကို snubber circuits၊ soft-switching topologies သို့မဟုတ် Field-Stop သို့မဟုတ် Trench မျိုးကွဲများကဲ့သို့ အဆင့်မြင့် IGBT တည်ဆောက်ပုံများကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ၎င်းကို မကြာခဏ ဖြေရှင်းလေ့ရှိသည်။

အပေးအယူများနှင့် အင်ဂျင်နီယာဆိုင်ရာ ထည့်သွင်းစဉ်းစားမှုများ

IGBTs များနှင့် လက်တွဲလုပ်ဆောင်ခြင်း၏ အရေးအကြီးဆုံး ရှုထောင့်တစ်ခုမှာ ၎င်းတို့၏ စွမ်းဆောင်ရည် အပေးအယူများကို နားလည်ခြင်း ဖြစ်သည်။ MOSFET များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက IGBT များသည် ယေဘုယျအားဖြင့် မြင့်မားသောဗို့အားများတွင် လျှပ်စီးကြောင်းဆုံးရှုံးမှု နည်းပါးသော်လည်း ၎င်းတို့၏ switching speed သည် နှေးကွေးပြီး turn-off losses တိုးလာသည့်အတွက် အမြီးစီးကြောင်းများမှ ခံရပါသည်။ ထို့ကြောင့် IGBT များကို 100 kHz အထက်တွင် လုပ်ဆောင်နေသော switch-mode power supply (SMPS) ကဲ့သို့သော ကြိမ်နှုန်းမြင့် application များတွင် အသုံးနည်းပါသည်။ ယင်းအစား၊ ၎င်းတို့သည် နိမ့်သောကြိမ်နှုန်း၊ ပါဝါမြင့်မားသောပတ်ဝန်းကျင်များတွင်—ပုံမှန်အားဖြင့် 1 kHz မှ 20 kHz——၎င်းတို့၏စွမ်းဆောင်ရည်သည် နှေးကွေးသောပြောင်းခြင်းထက် သာလွန်ကောင်းမွန်သည့်နေရာတွင် တောက်ပသည်။

Thermal Performance သည် အခြားသော အဓိက ဒီဇိုင်းအချက်ဖြစ်သည်။ IGBT များသည် ရာနှင့်ချီသော အမ်ပီယာများကို သယ်ဆောင်နိုင်ပြီး ဗို့ဗို့ထောင်ပေါင်းများစွာကို ပိတ်ဆို့နိုင်သောကြောင့် ၎င်းတို့သည် သိသာထင်ရှားသော အပူကို ပြေပျောက်စေရမည်ဖြစ်သည်။ ထိရောက်သော အပူထိန်းစနစ်—အပူစုပ်ခွက်များ၊ အတင်းအကျပ်လေထု သို့မဟုတ် ပါဝါမြင့်သည့် မော်ဂျူးများတွင် အရည်အအေးခံခြင်း—သည် မရှိမဖြစ်လိုအပ်သည်။ အင်ဗာတာဒီဇိုင်းများသည် IGBT မော်ဂျူးများကို အပူချိန်အာရုံခံကိရိယာများနှင့် အကာအကွယ်ဆားကစ်များဖြင့် ပေါင်းစည်းထားလေ့ရှိပြီး ဆားကစ်တိုခြင်းကြောင့် အပူထွက်လွန်ခြင်း သို့မဟုတ် ချို့ယွင်းမှုတို့ကို ကာကွယ်နိုင်သည်။

ထို့အပြင်၊ ခေတ်မီ IGBT မော်ဂျူးများတွင် IGBT တစ်ခုစီနှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်အပြိုင်ချိတ်ဆက်ထားသော freewheeling diodes များ မကြာခဏပါဝင်သည်။ အဆိုပါ diodes များသည် မော်တာကဲ့သို့သော inductive loads များတွင် switching cycle ၏ off-period အတွင်း လျှပ်စီးကြောင်းကို ဆောင်သည်။ အဖွင့်အဖွင့်ကာလအတွင်း IGBT ကို ထိရောက်မှုနှင့် ဖိအားဖြစ်စေနိုင်သောကြောင့် ၎င်းတို့၏ ပြောင်းပြန်ပြန်လည်ရယူခြင်းအမူအကျင့်ကို မြန်နှုန်းမြင့်ကူးပြောင်းသည့်အခြေအနေများတွင်လည်း ထည့်သွင်းစဉ်းစားရပါမည်။

Real-World Applications နှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်း။

IGBT များသည် မော်တာဒရိုက်ဗ်များ ၏ အဓိက တွင် ဖြစ်သည် ၎င်းတို့သည် စွမ်းအင်ချွေတာမှုနှင့် စက်ကိရိယာများ၏သက်တမ်းကို ရှည်ကြာစေသည့် မော်တာအမြန်နှုန်းနှင့် torque ကို တိကျစွာထိန်းချုပ်ခွင့်ပြုထားသည်။ လျှပ်စစ်ကားများတွင် IGBTs များသည် traction inverters ၏ ကျောရိုးကို အသွင်ပြောင်းကာ ဘက်ထရီမှ ပါဝါစီးဆင်းမှုကို မြင့်မားသော ထိရောက်မှုဖြင့် လျှပ်စစ်မော်တာသို့ စီမံခန့်ခွဲသည်။ EV အင်ဗာတာတစ်ခုသည် ကီလိုဝပ်ဆယ်ဂဏန်းနှင့် ဗို့ဗို့ထောင်ပေါင်းများစွာတွင် IGBT အများအပြားပြောင်းခြင်းကို အသုံးပြုနိုင်သည်။

photovoltaic နှင့် wind systems ကဲ့သို့သော ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်တွင်၊ IGBTs များသည် grid လိုက်ဖက်ညီမှုအတွက် လိုအပ်သော DC-AC ပြောင်းလဲခြင်းကို စီမံခန့်ခွဲပါသည်။ Multi-level inverters များသည် switching losses များကို လျှော့ချရန်နှင့် voltage waveform အရည်အသွေးကို မြှင့်တင်ရန်အတွက် cascade configurations များတွင် IGBTs ကို အသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ ဤကိရိယာများသည် ဗို့အားမြင့် DC (HVDC) ဂီယာတွင် အရေးပါပြီး အကွာအဝေးတွင် ထိရောက်မှုမှာ အရေးကြီးပါသည်။ IGBT များ၏ ယုံကြည်စိတ်ချရမှု၊ အပူဒဏ်ခံနိုင်မှု နှင့် ကူးပြောင်းနိုင်မှုတို့သည် ၎င်းတို့ကို လောင်းကြေးမြင့်မားသောပတ်ဝန်းကျင်များအတွက် ကောင်းစွာသင့်လျော်စေသည်။

လူသုံးအီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းများတွင်ပင် IGBTs များသည် သက်ရောက်မှုရှိသည်။ မီးဖိုချောင်သုံး မီးဖိုများ၊ မိုက်ခရိုဝေ့မီးဖိုများနှင့် HVAC ကွန်ပရက်ဆာများသည် ထိရောက်ပြီး တုံ့ပြန်မှုရှိသော ပါဝါထိန်းချုပ်မှုအတွက် IGBTs ကို အသုံးပြုပါသည်။ ပါဝါနည်းသော ကရိယာများသည် MOSFETs များကို အားကိုးနိုင်သော်လည်း IGBTs များပေးဆောင်သော ထိရောက်မှုနှင့် ရိုးရှင်းမှုမှ ပိုမိုမြင့်မားသော လက်ရှိအပလီကေးရှင်းများသည် အကျိုးရှိသည်။

နည်းပညာတိုးတက်မှုနှင့် အနာဂတ်လမ်းကြောင်းများ

ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ် IGBT နည်းပညာသည် ၎င်း၏ အစဉ်အလာ ကန့်သတ်ချက်များ အများအပြားကို ဆက်လက် ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းနေပါသည်။ လမ်းကြောင်းသိပ်သည်းဆတိုးမြင့်ရန်နှင့် conduction ဆုံးရှုံးမှုများကိုလျှော့ချရန် ဒေါင်လိုက်တံခါးတည်ဆောက်မှုများကိုအသုံးပြုသည့် Trench IGBTs များ၏ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် ကူးပြောင်းခြင်းအမြန်နှုန်းနှင့် ထိရောက်မှုအကြား ပိုမိုကောင်းမွန်သောအပေးအယူများကိုခွင့်ပြုထားသည်။ Field-Stop IGBTs များသည် အမြီးစီးကြောင်းကို ဖိနှိပ်ကာ ကူးပြောင်းခြင်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးသည့် အထူးဆေးဆိုးအလွှာကို ပေါင်းစပ်ထားသည်။

ထို့အပြင်၊ စက်မှုလုပ်ငန်းသည် ချစ်ပ်များစွာကို ဂိတ်ဒရိုက်ဗာများ၊ အပူချိန်အာရုံခံကိရိယာများနှင့် ကာကွယ်မှုဆိုင်ရာ လော့ဂျစ်များကို သေးငယ်သောအထုပ်တစ်ခုထဲသို့ ပေါင်းစပ်ထားသည့် IGBT module များဆီသို့ ရွေ့လျားနေသည်။ ဤမော်ဂျူးများသည် ဒီဇိုင်းရှုပ်ထွေးမှုကို လျှော့ချပြီး စနစ်တစ်ခုလုံး၏ ယုံကြည်စိတ်ချရမှုကို တိုးတက်စေသည်။

အထူးသဖြင့် 1,200 ဗို့အထက် အက်ပလီကေးရှင်းများတွင် IGBTs နှင့် SiC (Silicon Carbide) MOSFET များအကြား ပြိုင်ဆိုင်မှု တိုးလာပါသည်။ SiC စက်ပစ္စည်းများသည် ပိုမိုမြန်ဆန်စွာ ကူးပြောင်းခြင်း၊ ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးခြင်းနှင့် အပူကန့်သတ်ချက်များကို ပိုမိုမြင့်မားစေသော်လည်း ကုန်ကျစရိတ်ပိုများသည်။ IGBTs များသည် ကုန်ကျစရိတ် sensitivity တွင် အရေးပါသည့် အလယ်အလတ်ဗို့အားအကွာအဝေး (600–1700V) တွင် လွှမ်းမိုးမှုကို ဆက်လက်ထိန်းသိမ်းထားရန် မျှော်လင့်ရပြီး wide-bandgap semiconductors များသည် အလွန်စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်မားသောကဏ္ဍများတွင် စျေးကွက်ဝေစုကို တဖြည်းဖြည်းရရှိလာမည်ဖြစ်သည်။

နိဂုံး

Insulated Gate Bipolar Transistor သည် ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ် နယ်ပယ်တွင် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာ အင်ဂျင်နီယာ၏ အအောင်မြင်ဆုံး ဥပမာများထဲမှ တစ်ခုကို ကိုယ်စားပြုသည်။ MOSFETs ၏ ဗို့အားမောင်းနှင်သည့်ဂိတ်ထိန်းချုပ်မှုကို BJTs ၏ မြင့်မားသော၊ ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးသော conduction နှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်းဖြင့်၊ IGBTs များသည် မရေမတွက်နိုင်သော အပလီကေးရှင်းများတွင် စွမ်းအင်စီမံခန့်ခွဲရန်အတွက် ထူးခြားပြီး အစွမ်းထက်သောဖြေရှင်းချက်တစ်ခုကို ပေးဆောင်ပါသည်။

သယ်ယူပို့ဆောင်ရေး လျှပ်စစ်ဓာတ်အားရရှိရေး၊ စက်မှုလုပ်ငန်းစွမ်းဆောင်ရည် မြှင့်တင်ရေးနှင့် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင် ပေါင်းစည်းမှုတွင် ၎င်းတို့၏ အခန်းကဏ္ဍကို လွန်ကဲစွာ ဖော်ပြ၍မရပါ။ သန့်ရှင်းသော၊ ထိရောက်ပြီး ဉာဏ်ရည်ထက်မြက်သော ပါဝါစနစ်များ လိုအပ်ချက် ကြီးထွားလာသည်နှင့်အမျှ IGBTs များသည် ထွန်းသစ်စနည်းပညာများနှင့် အတူယှဉ်တွဲနေထိုင်စဉ် ၎င်းတို့၏ဆက်စပ်မှုကို ဆက်လက်ထိန်းသိမ်းထားဆဲဖြစ်သည်။

IGBTs များကို နားလည်ခြင်းသည် ခေတ်မီအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ လုပ်ဆောင်ပုံကို ထိုးထွင်းသိမြင်စေရုံသာမက စွမ်းအင်သုံး စမတ်စနစ်များ၏ မျိုးဆက်သစ်များကို ဒီဇိုင်းထုတ်ခြင်းကိုလည်း တံခါးဖွင့်ပေးပါသည်။ သင်သည် ကျောင်းသား၊ အင်ဂျင်နီယာ သို့မဟုတ် နည်းပညာကို ဝါသနာပါသူဖြစ်စေ IGBTs ၏ အခြေခံမူများနှင့် အသုံးချမှုများကို တန်ဖိုးထားလေးမြတ်ခြင်းသည် ကျွန်ုပ်တို့၏ကမ္ဘာကြီးကို အားကောင်းစေမည့် အခြေခံအဆောက်အဦများကို နားလည်ရန် အဓိကသော့ချက်ဖြစ်သည်။