மின்சார வாகன பவர் ட்ரெயின்களில் IGBTகளின் பங்கு: இயக்கத்தின் எதிர்காலத்தை இயக்குதல்

வாகனத் தொழில் மின்மயமாக்கலை நோக்கி விரைவுபடுத்தும்போது, ​​​​ஒரு தொழில்நுட்பம் இந்த புரட்சியை அமைதியாக இயக்குகிறது: இன்சுலேட்டட் கேட் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர் (ஐஜிபிடி). பேட்டரிகள் மற்றும் மோட்டார்கள் பெரும்பாலும் மின்சார வாகனங்களில் (EVகள்) கவனத்தை ஈர்க்கும் அதே வேளையில், IGBT ஆனது மின் ஆற்றலை மாற்றுவதற்கும் கட்டுப்படுத்துவதற்கும் திரைக்குப் பின்னால் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. இது இல்லாமல், மின்சார பவர்டிரெய்ன் - ஒரு EV இன் இதயம் - திறமையாக அல்லது நம்பகத்தன்மையுடன் செயல்பட போராடும். IGBTகள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன மற்றும் அவை ஏன் முக்கியம் என்பதைப் புரிந்துகொள்வது மின்சார சகாப்தத்தின் உண்மையான இயந்திரத்தைப் பாராட்டுவதற்கு அவசியம்.

உள் எரிப்பு முதல் மின்சார உந்துவிசை வரை

பாரம்பரிய வாகனங்கள் எரிபொருளை இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றும் உள் எரி பொறிகளை நம்பியுள்ளன. இதற்கு நேர்மாறாக, EVகள் பேட்டரிகளால் இயக்கப்படும் மின்சார மோட்டார்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இருப்பினும், இந்த சுவிட்ச் பேட்டரியை மோட்டாருடன் இணைப்பது போல் எளிதானது அல்ல. மோட்டார்கள் திறமையாக இயங்குவதற்கு மாற்று மின்னோட்டம் (ஏசி) தேவைப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் பேட்டரிகள் நேரடி மின்னோட்டத்தை (டிசி) சேமிக்கின்றன. இந்த இடைவெளியைக் குறைக்க பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் தேவைப்படுகிறது, இது மின் ஆற்றலின் மாற்றம், கட்டுப்பாடு மற்றும் மேலாண்மை ஆகியவற்றைக் கையாள்கிறது. EVகளில் இந்தத் துறையின் மையத்தில் IGBT உள்ளது.

IGBTகள் EV இன் பவர்டிரெய்னில் மின்னணு சுவிட்சுகளாக செயல்படுகின்றன, குறிப்பாக இன்வெர்ட்டரில், இது DCயை பேட்டரியிலிருந்து AC ஆக மாற்றுகிறது. அவை உயர் மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் நீரோட்டங்களில் விரைவான மாறுதலை செயல்படுத்துகின்றன, இதனால் மோட்டார் வேகம், முறுக்கு மற்றும் செயல்திறனை துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த முடியும்-அனைத்தும் ஆற்றல் இழப்பைக் குறைக்கிறது.

IGBT என்றால் என்ன?

இன்சுலேட்டட் கேட் பைபோலார் டிரான்சிஸ்டர் இரண்டு முக்கிய டிரான்சிஸ்டர் தொழில்நுட்பங்களை ஒருங்கிணைக்கிறது: MOSFET (மெட்டல்-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் ஃபீல்ட்-எஃபெக்ட் டிரான்சிஸ்டர்) மற்றும் BJT (பைபோலார் ஜங்ஷன் டிரான்சிஸ்டர்). இதன் விளைவாக ஒரு MOSFET இன் உள்ளீட்டு எளிமை மற்றும் வேகமான மாறுதல் வேகம், BJT இன் உயர் மின்னோட்ட கையாளுதல் திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்ட ஒரு சாதனம்.

கட்டமைப்பு ரீதியாக, ஒரு IGBT மூன்று முனையங்களைக் கொண்டுள்ளது: கேட், சேகரிப்பான் மற்றும் உமிழ்ப்பான். வாயிலில் ஒரு சிறிய மின்னழுத்தம் சேகரிப்பான் மற்றும் உமிழ்ப்பான் இடையே ஒரு பெரிய மின்னோட்டத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது. இந்த வடிவமைப்பு IGBT களை உயர் மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டம் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக ஆக்குகிறது.

இன்வெர்ட்டர்: IGBTகள் ஹெவி லிஃப்டிங்கைச் செய்யும் இடம்

இழுவை இன்வெர்ட்டர் என்பது IGBTகள் அவற்றின் மிக முக்கியப் பங்கைச் செய்யும் இடமாகும். இது பேட்டரி பேக்கிலிருந்து DC மின்னழுத்தத்தை (பொதுவாக 300V மற்றும் 800V இடையே) மூன்று-கட்ட AC மின்னழுத்தமாக மாற்றுகிறது, இது மோட்டாரை இயக்குகிறது. பல்ஸ் விட்த் மாடுலேஷன் (PWM) மூலம் இன்வெர்ட்டர் இதை அடைகிறது, இது IGBTகள் விரைவாக இயங்கும் மற்றும் அணைக்கும் ஒரு நுட்பமாகும் - பெரும்பாலும் வினாடிக்கு பல்லாயிரக்கணக்கான முறை.

இந்த பருப்புகளின் கடமை சுழற்சியை சரிசெய்வதன் மூலம், இன்வெர்ட்டர் சைனூசாய்டல் ஏசி பவரை உருவகப்படுத்தும் அலைவடிவத்தை வடிவமைக்கிறது. இந்த செயல்முறை துல்லியமாக மட்டுமல்லாமல் திறமையாகவும் இருக்க வேண்டும். ஒவ்வொரு முறையும் IGBT மாறும்போது, ​​வெப்ப வடிவில் ஒரு சிறிய ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுகிறது. வாகன வரம்பு மற்றும் செயல்திறனை அதிகரிக்க இந்த இழப்புகளைக் குறைப்பது அவசியம்.

EVகளுக்கான மேம்பட்ட IGBT தொகுதிகள் குறைந்த ஆன்-ஸ்டேட் வோல்டேஜ் துளிகள் (கடத்தல் இழப்புகளைக் குறைத்தல்) மற்றும் மாறுதல் இழப்புகளைக் குறைக்க உகந்த மாறுதல் நடத்தை ஆகியவற்றைக் கொண்டு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. நிஜ உலக ஓட்டுதலில், இது மென்மையான முடுக்கம், சிறந்த மறுஉற்பத்தி பிரேக்கிங் மற்றும் குறைந்த வீணான ஆற்றல் ஆகியவற்றைக் குறிக்கிறது.

உயர் மின்னழுத்தம், உயர் மின்னோட்டம், அதிக எதிர்பார்ப்புகள்

மின்சார வாகனங்கள் தீவிர மின் அழுத்தத்தைக் கையாளக்கூடிய கூறுகளைக் கோருகின்றன. நவீன EV இல் உள்ள பவர்டிரெய்ன் முடுக்கத்தின் போது நூற்றுக்கணக்கான ஆம்ப்ஸ் மின்னோட்டத்தை இழுக்கலாம் மற்றும் 600V க்கும் அதிகமான மின்னழுத்தத்தில் செயல்படலாம். IGBTகள் இந்த நிலைமைகளை நிர்வகிக்கும் திறன் கொண்டவை:

• உயர் மின்னழுத்த தடுப்பு திறன்  (பொதுவாக 600V–1700V)

• அதிக மின்னோட்ட அடர்த்தி , அவற்றை கச்சிதமான அதே சமயம் சக்தி வாய்ந்ததாக ஆக்குகிறது

• வலுவான வெப்ப செயல்திறன் , செயல்பாட்டின் போது உருவாகும் வெப்பத்தைத் தாங்கும்

EVகளுக்கான பெரும்பாலான IGBT தொகுதிகள் பல IGBTகள், ஃப்ரீவீலிங் டையோட்கள், கேட் டிரைவர்கள் மற்றும் வெப்ப உணரிகளை உள்ளடக்கிய பவர் மாட்யூல்களில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த தொகுதிகள் கடுமையான வாகன சூழலைக் கையாள வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன - அதிர்வு, வெப்பநிலை சைக்கிள் ஓட்டுதல் மற்றும் இடக் கட்டுப்பாடுகள் - உகந்த மின் செயல்திறனை வழங்கும் போது.

மீளுருவாக்கம் பிரேக்கிங் மற்றும் இருதரப்பு சக்தி ஓட்டம்

IGBTகள் மற்றொரு முக்கிய EV தொழில்நுட்பத்திற்கும் மையமாக உள்ளன: மீளுருவாக்கம் செய்யும் பிரேக்கிங். இந்த பயன்முறையில், மின் மோட்டார் ஒரு ஜெனரேட்டராக செயல்படுகிறது, வாகனத்தின் இயக்க ஆற்றலை மீண்டும் மின் சக்தியாக மாற்றுகிறது. பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆற்றல் ஓட்டத்தின் திசையை மாற்ற வேண்டும் - மோட்டாரிலிருந்து பேட்டரிக்கு.

IGBTகள் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மாறுதல் மூலம் இந்த இருதரப்பு மின்னோட்ட ஓட்டத்தை எளிதாக்குகின்றன. வேகமாக இயக்க மற்றும் அணைக்க மற்றும் பெரிய மின்னோட்ட ஸ்பைக்குகளைக் கையாளும் திறன் திறமையான ஆற்றல் மீட்பு, ஓட்டுநர் வரம்பை மேம்படுத்துதல் மற்றும் மெக்கானிக்கல் பிரேக்கிங் கூறுகளின் தேய்மானத்தைக் குறைக்கிறது.

வெப்ப மேலாண்மை: அழுத்தத்தின் கீழ் குளிர்ச்சியாக வைத்திருத்தல்

IGBTகள் திறமையாக இருந்தாலும், அவை இன்னும் வெப்பத்தை உருவாக்குகின்றன, குறிப்பாக விரைவான மாறுதலின் போது அல்லது அதிக மின்னோட்ட சுமைகளின் கீழ். எனவே வெப்ப மேலாண்மை ஒரு முக்கியமான அம்சமாகும் IGBT பயன்பாடு . EVகளில் அதிக வெப்பம் செயல்திறனைக் குறைக்கலாம் அல்லது தோல்விக்கு வழிவகுக்கும், எனவே மேம்பட்ட குளிரூட்டும் தீர்வுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

• அலுமினியம் நைட்ரைடு செராமிக் அடி மூலக்கூறுகள் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறனுக்கான

• திரவ-குளிரூட்டப்பட்ட பேஸ்ப்ளேட்டுகள் உயர்-பவர் தொகுதிகளில்

• ஒருங்கிணைந்த வெப்ப உணரிகள் நிகழ்நேர வெப்பநிலை கண்காணிப்புக்கான

IGBTகள் பெரும்பாலும் வெப்ப இடைமுகப் பொருட்கள் மற்றும் வெப்பப் பரவல்களுடன் இணைக்கப்பட்டு, அனைத்து ஓட்டுநர் நிலைகளிலும் நிலையான செயல்திறனை உறுதிப்படுத்துகின்றன—நிறுத்த-செல்லும் போக்குவரத்திலிருந்து நெடுஞ்சாலையில் முழு-த்ரோட்டில் முடுக்கம் வரை.

போட்டி: IGBTs vs. SiC MOSFETகள்

தொழில்நுட்பம் வளர்ச்சியடையும் போது, ​​சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) MOSFETகள் EV பயன்பாடுகளில் IGBTகளுக்கு சாத்தியமான சவாலாக உருவெடுத்துள்ளன. SiC சாதனங்கள் வேகமான மாறுதல் வேகம், குறைந்த இழப்புகள் மற்றும் அதிக வெப்பநிலையில் சிறந்த செயல்திறன் ஆகியவற்றை வழங்குகின்றன. இருப்பினும், அவை பெரிய அளவிலான உற்பத்தியில் கணிசமாக அதிக விலை மற்றும் குறைந்த முதிர்ச்சியுடையவை.

தற்போது, ​​IGBTகள் இடைப்பட்ட EVகள் மற்றும் கலப்பினங்களில் முதன்மையான தேர்வாக இருக்கின்றன, குறிப்பாக செலவு-செயல்திறன் முக்கியமான இடங்களில். பல பிரீமியம் EVகள் SiC MOSFETகளை ஏற்கத் தொடங்கியுள்ளன, குறிப்பாக 800V கட்டமைப்புகளுக்கு, ஆனால் IGBTகள் இன்னும் பல முக்கிய EVகளில் பொதுவான 400V அமைப்புகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ஒருங்கிணைந்த தீர்வுகள் மற்றும் ஸ்மார்ட் தொகுதிகள்

வடிவமைப்பை எளிமையாக்க மற்றும் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்த, நவீன EV பவர்டிரெய்ன்கள் IGBT-அடிப்படையிலான அறிவார்ந்த சக்தி தொகுதிகளை (IPMs) அதிகளவில் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த தொகுதிகள் இணைக்கப்படுகின்றன:

• IGBTகள் மற்றும் கேட் டிரைவர்கள்

• ஆன்-சிப் பாதுகாப்பு (அதிக மின்னழுத்தம், அதிக மின்னோட்டம் மற்றும் அதிக வெப்பநிலைக்கு எதிராக)

• நோயறிதல் மற்றும் கருத்துத் திறன்கள்

• EMI வடிகட்டுதல் மற்றும் சிறிய பேக்கேஜிங்

இந்த ஒருங்கிணைப்பு அமைப்பின் சிக்கலைக் குறைக்க உதவுகிறது, தோல்வி விகிதங்களைக் குறைக்கிறது மற்றும் உற்பத்தியை எளிதாக்குகிறது - வெகுஜன EV உற்பத்திக்கு முக்கியமானது.

நீண்ட ஆயுள், நம்பகத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பு

வாகன சூழல்களில், நம்பகத்தன்மை பேச்சுவார்த்தைக்குட்பட்டது அல்ல. IGBT தொகுதிகள் வெப்ப சைக்கிள் ஓட்டுதல், ஈரப்பதம் எதிர்ப்பு, அதிர்வு சோதனைகள் மற்றும் உயர் மின்னழுத்த அழுத்த சூழ்நிலைகள் உட்பட கடுமையான தகுதி சோதனைக்கு உட்படுகின்றன. அவற்றின் தோல்வி வழிமுறைகள் நன்கு புரிந்து கொள்ளப்பட்டுள்ளன, மேலும் அவை முறையான வெப்ப மேலாண்மையுடன் ஒரு தசாப்தத்திற்கும் மேலாக நம்பகத்தன்மையுடன் செயல்பட முடியும்.

மேலும், ஷார்ட்-சர்க்யூட் பாதுகாப்பு, தேய்மானம் கண்டறிதல் மற்றும் மென்மையான டர்ன்-ஆஃப் வழிமுறைகள் போன்ற உள்ளமைக்கப்பட்ட பாதுகாப்பு அம்சங்கள், தவறான நிலைகளிலும் கூட, IGBTகள் வாகனம் மற்றும் அதன் பயணிகளைப் பாதுகாக்கும் வகையில் அழகாக மூடுவதை உறுதி செய்கிறது.

எலக்ட்ரிக் மொபிலிட்டியின் எதிர்காலத்தை இயக்குதல்

எலெக்ட்ரிக் மொபிலிட்டிக்கு மாறுவது என்பது மோட்டார்களுக்கான என்ஜின்களை மாற்றுவது மட்டுமல்ல. ஆற்றல் எவ்வாறு நிர்வகிக்கப்படுகிறது, சேமிக்கப்படுகிறது மற்றும் பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதை மறுபரிசீலனை செய்வது இதில் அடங்கும். இந்த மாற்றத்தில் IGBTகள் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. அவை ஆற்றலின் கேட் கீப்பர்களாக செயல்படுகின்றன, பேட்டரியிலிருந்து ஒவ்வொரு வாட்டும் திறமையாக இயக்கமாக மாற்றப்படுவதை உறுதி செய்கிறது அல்லது பிரேக்கிங்கின் போது சேமிக்கப்படுகிறது.

EV தத்தெடுப்பு உலகளவில் வளர்ந்து வருவதால், மிகவும் திறமையான, நம்பகமான மற்றும் கச்சிதமான மின்னியல் சாதனங்களுக்கான தேவை அதிகரிக்கிறது. IGBTகள், குறிப்பாக டிரெஞ்ச் கேட் கட்டமைப்புகள் மற்றும் ஃபீல்ட்-ஸ்டாப் டிசைன்கள் போன்ற புதுமைகளுடன், இந்தக் கோரிக்கைகளை பூர்த்தி செய்ய தொடர்ந்து உருவாகி வருகிறது. அவை இறுதியில் சில உயர்நிலை பயன்பாடுகளில் SiC சாதனங்களால் மாற்றப்படலாம், ஆனால் இப்போதைக்கு, அவை EV பவர்டிரெய்னின் வேலைக் குதிரையாகவே இருக்கின்றன.

முடிவுரை

IGBT கள் மின்சார வாகனங்களின் பாடப்படாத ஹீரோக்கள். அவை சக்கரங்களை நகர்த்தவோ அல்லது ஆற்றலைச் சேமித்து வைக்கவோ இல்லை, ஆனால் அவை பேட்டரியிலிருந்து சாலைக்கு துல்லியமாகவும் திறமையாகவும் மின்சாரம் பாய்வதை உறுதி செய்கின்றன. இழுவை இன்வெர்ட்டர்கள் முதல் மீளுருவாக்கம் செய்யும் பிரேக்கிங், வெப்ப மேலாண்மை மற்றும் ஒருங்கிணைந்த பாதுகாப்பு அம்சங்கள் வரை, IGBTகள் EV இன் பவர்டிரெய்னில் உள்ள ஒவ்வொரு முக்கியமான செயல்பாட்டையும் ஆதரிக்கின்றன.

வாகன உலகம் பூஜ்ஜிய உமிழ்வுகள் மற்றும் புத்திசாலித்தனமான இயக்கத்தை நோக்கி ஓடிக்கொண்டிருக்கும்போது, ​​IGBTகள் தொடர்ந்து செயல்படவில்லை-அவை மாற்றத்தை உந்துகின்றன. அவற்றின் பங்கைப் புரிந்துகொள்வது சிக்கலான மற்றும் கவர்ச்சிகரமான தொழில்நுட்பத்தை ஒளிரச்செய்ய உதவுகிறது, இது நவீன மின்சார வாகனங்களை சாத்தியமாக்குகிறது, ஆனால் சக்தி வாய்ந்தது, பாதுகாப்பானது மற்றும் திறமையானது.