காப்பிடப்பட்ட கேட் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்களின் (ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ்) அடிப்படைகளைப் புரிந்துகொள்வது: அவை எவ்வாறு செயல்படுகின்றன, அவை ஏன் முக்கியம்

நவீன சக்தி மின்னணுவியல் உலகில், செயல்திறன், கட்டுப்பாடு மற்றும் நம்பகத்தன்மை ஆகியவை முக்கியமானவை. மின்சார வாகனங்கள் முதல் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷன், புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி அமைப்புகள் வரை நுகர்வோர் உபகரணங்கள் வரை, திறமையான மின் மேலாண்மை மின்னணு அமைப்புகளின் வெற்றியை வரையறுக்கிறது. இந்த ஆற்றல் கட்டுப்பாட்டின் மையத்தில் ஒரு அடிப்படை குறைக்கடத்தி சாதனம் உள்ளது: இன்சுலேட்டட் கேட் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் அல்லது ஐ.ஜி.பி.டி. புதியதல்ல என்றாலும், ஐ.ஜி.பி.டி கள் தொடர்ந்து உருவாகி ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. அதிக சக்தி மற்றும் திறமையான மாறுதல் அவசியமான பயன்பாடுகளை

இரண்டு தொழில்நுட்பங்களுக்கு இடையில் ஒரு பாலம்

தி ஐ.ஜி.பி.டி பெரும்பாலும் இரண்டு டிரான்சிஸ்டர் தொழில்நுட்பங்களின் கலப்பினமாக விவரிக்கப்படுகிறது: MOSFET (மெட்டல்-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் புலம்-விளைவு டிரான்சிஸ்டர்) மற்றும் பி.ஜே.டி (இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர்). MOSFET கள் அவற்றின் வேகமான மாறுதல் வேகம் மற்றும் மின்னழுத்த-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட செயல்பாட்டிற்கு அறியப்படுகின்றன, அதேசமயம் பி.ஜே.டி கள் குறைந்த-மாநில மின்னழுத்த சொட்டுகளுடன் அதிக மின்னோட்டத்தைக் கையாள்வதில் எக்செல் செய்கின்றன, இருப்பினும் அவை ஓட்டுவதற்கு மின்னோட்டம் தேவைப்பட்டாலும். IGBT MOSFET இன் கேட்-டிரைவிங் எளிமையை பி.ஜே.டி.யின் தற்போதைய-கையாளுதல் திறனுடன் ஒன்றிணைக்கிறது, இது மூன்று முனைய சாதனத்தை உருவாக்குகிறது, இது மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஆனால் அதிக சக்தி கொண்ட காட்சிகளுக்கு உகந்ததாகும்.

கட்டமைப்பு ரீதியாக, ஒரு ஐ.ஜி.பி.டி நான்கு அடுக்கு குறைக்கடத்தி கட்டமைப்பில் கட்டப்பட்டுள்ளது-வகை பி+-என்−-பி-என்+. மேல் பக்க கேட் எலக்ட்ரோடு உமிழ்ப்பான் மற்றும் அடிப்படை அடிப்படை பகுதிக்கு இடையில் ஒரு கடத்தும் சேனலைக் கட்டுப்படுத்தும் ஒரு MOSFET கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது, இது ஒரு ஒட்டுண்ணி பி.என்.பி டிரான்சிஸ்டரின் தளமாக செயல்படுகிறது. கட்டுப்பாட்டு பொறிமுறையானது வாயில் வழியாக உள்ளது, ஆனால் பி.ஜே.டி.யின் கட்டண ஊசி நடத்தையிலிருந்து முக்கிய கடத்தல் பாதை பயனடைகிறது. இந்த தனித்துவமான ஏற்பாடு IGBT ஐ குறைந்தபட்ச கேட் டிரைவ் மூலம் இயக்க அனுமதிக்கிறது, அதே நேரத்தில் அதிக மின்னோட்ட மட்டங்களில் குறைந்த கடத்தல் இழப்புகளை அடையலாம்.

நடைமுறை அடிப்படையில் செயல்பாட்டுக் கொள்கைகள்

நிஜ உலக சுற்றுகளில் ஐ.ஜி.பி.டி எவ்வாறு இயங்குகிறது என்பதைப் புரிந்து கொள்ள, மின்சார மோட்டார் டிரைவ் அமைப்பில் ஒரு பொதுவான சக்தி இன்வெர்ட்டரைக் கவனியுங்கள். செயல்பாட்டின் போது, ​​ஐ.ஜி.பி.டி மோட்டார் முறுக்குகளின் வழியாக மின்னோட்டத்தை அனுமதிக்க அனுமதிக்கிறது, மேலும் ஓட்டத்தை குறுக்கிட அணைக்கவும், டி.சி பஸ்ஸிலிருந்து ஏசி அலைவடிவங்களை ஒருங்கிணைக்கும் துடிப்பு அகல பண்பேற்றப்பட்ட (பி.டபிள்யூ.எம்) சமிக்ஞைகளை உருவாக்குகிறது.

உமிழ்ப்பாளருடன் தொடர்புடைய கேட் முனையத்தில் நேர்மறை மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​கேட் ஆக்சைட்டின் கீழ் ஒரு தலைகீழ் அடுக்கு உருவாகிறது, இது MOS சேனலில் எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தை செயல்படுத்துகிறது. இது சேகரிப்பாளரிடமிருந்து சறுக்கல் பகுதிக்கு துளை உட்செலுத்தலுக்கான பாதையைத் திறக்கிறது -இது இருமுனை சாதனத்தின் பொதுவான செயல்முறை. இந்த கட்டண ஊசி சறுக்கல் பகுதியின் எதிர்ப்பைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது, இதன் விளைவாக ஒப்பிடக்கூடிய MOSFET ஐ விட, குறிப்பாக 400V க்கு மேல் மின்னழுத்தங்களில்-மாநில மின்னழுத்த வீழ்ச்சி மிகக் குறைவு.

இருப்பினும், கேட் மின்னழுத்தம் அகற்றப்படும்போது, ​​சேனல் மூடப்பட்டு, சாதனம் அணைக்கப்படும். சறுக்கல் பகுதியில் சேமிக்கப்பட்ட கட்டணம் காரணமாக (முந்தைய துளை ஊசி மூலம்), 'வால் மின்னோட்டம், ' என அழைக்கப்படும் தாமதம் உள்ளது, இது IGBT இன் டர்ன்-ஆஃப் நடத்தையை வகைப்படுத்துகிறது. இந்த வால் மின்னோட்டம் சரியாக நிர்வகிக்கப்படாவிட்டால் இழப்புகள் மற்றும் மின்காந்த குறுக்கீடு (ஈ.எம்.ஐ) மாறுவதற்கு வழிவகுக்கும். பொறியாளர்கள் பெரும்பாலும் ஸ்னப்பர் சுற்றுகள், மென்மையான-மாறுதல் இடவியல் அல்லது வால் தற்போதைய விளைவுகளை குறைக்கும் புலம்-ஸ்டாப் அல்லது அகழி வகைகள் போன்ற மேம்பட்ட ஐ.ஜி.பி.டி கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் உரையாற்றுகிறார்கள்.

வர்த்தக பரிமாற்றங்கள் மற்றும் பொறியியல் பரிசீலனைகள்

ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் உடன் பணிபுரியும் மிக முக்கியமான அம்சங்களில் ஒன்று அவர்களின் செயல்திறன் வர்த்தக பரிமாற்றங்களைப் புரிந்துகொள்வது. MOSFET களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​IGBT கள் பொதுவாக அதிக மின்னழுத்தங்களில் குறைந்த கடத்தல் இழப்புகளை வழங்குகின்றன, ஆனால் அவற்றின் மாறுதல் வேகம் மெதுவாக இருக்கும், மேலும் அவை வால் நீரோட்டங்களால் பாதிக்கப்படுகின்றன, அவை டர்ன்-ஆஃப் இழப்புகளை அதிகரிக்கும். ஆகையால், 100 கிலோஹெர்ட்ஸுக்கு மேல் இயங்கும் சுவிட்ச்-பயன்முறை மின்சாரம் (எஸ்.எம்.பி) போன்ற உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளில் ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் அரிதாகவே பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதற்கு பதிலாக, அவை குறைந்த அதிர்வெண், உயர் சக்தி சூழல்களில் பிரகாசிக்கின்றன-வகை 1 கிலோஹெர்ட்ஸ் முதல் 20 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரை-அவற்றின் செயல்திறன் லாபம் மெதுவாக மாறுவதை விட அதிகமாக உள்ளது.

வெப்ப செயல்திறன் மற்றொரு முக்கிய வடிவமைப்பு காரணி. ஐ.ஜி.பி.டி கள் நூற்றுக்கணக்கான ஆம்பியர்களைக் கொண்டு சென்று ஆயிரக்கணக்கான வோல்ட்டுகளைத் தடுக்க முடியும் என்பதால், அவை குறிப்பிடத்தக்க வெப்பத்தை சிதறடிக்க வேண்டும். பயனுள்ள வெப்ப மேலாண்மை-வியா வெப்ப மூழ்கி, கட்டாய காற்று அல்லது உயர் சக்தி தொகுதிகளில் திரவ குளிரூட்டல் கூட அவசியம். இன்வெர்ட்டர் வடிவமைப்புகள் பெரும்பாலும் ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளை வெப்பநிலை சென்சார்கள் மற்றும் பாதுகாப்பு சுற்றுகளுடன் ஒருங்கிணைக்கின்றன, அவை குறுகிய சுற்றுகள் காரணமாக வெப்ப ஓட்டப்பந்தயத்தை அல்லது தோல்வியைத் தடுக்கின்றன.

மேலும், நவீன IGBT தொகுதிகள் ஒவ்வொரு IGBT உடன் இணையான எதிர்ப்பு நிலையில் இணைக்கப்பட்ட ஃப்ரீவீலிங் டையோட்களை அடிக்கடி உள்ளடக்குகின்றன. இந்த டையோட்கள் மோட்டார்கள் போன்ற தூண்டல் சுமைகளில் மாறுதல் சுழற்சியின் ஆஃப்-காலகட்டத்தில் மின்னோட்டத்தை நடத்துகின்றன. அவற்றின் தலைகீழ் மீட்பு நடத்தை அதிவேக மாறுதல் காட்சிகளிலும் கருதப்பட வேண்டும், ஏனெனில் இது செயல்திறனை பாதிக்கும் மற்றும் திருப்புமுனையின் போது IGBT ஐ வலியுறுத்தும்.

நிஜ உலக பயன்பாடுகள் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு

ஐ.ஜி.பி.டி கள் மோட்டார் டிரைவ்களின் மையத்தில் உள்ளன, குறிப்பாக தொழில்துறை ஆட்டோமேஷனில் பயன்படுத்தப்படும் மாறி-அதிர்வெண் இயக்கிகள் (வி.எஃப்.டி). அவை மோட்டார் வேகம் மற்றும் முறுக்கு ஆகியவற்றின் துல்லியமான கட்டுப்பாட்டை அனுமதிக்கின்றன, இதன் விளைவாக கணிசமான ஆற்றல் சேமிப்பு மற்றும் நீட்டிக்கப்பட்ட உபகரணங்கள் ஆயுள் ஏற்படுகிறது. மின்சார வாகனங்களில், ஐ.ஜி.பி.டி கள் இழுவை இன்வெர்ட்டர்களின் மாறுதல் முதுகெலும்பாக அமைகின்றன, பேட்டரியிலிருந்து மின்சார மோட்டார் வரை அதிக செயல்திறனுடன் சக்தி ஓட்டத்தை நிர்வகிக்கின்றன. ஒரு ஒற்றை ஈ.வி இன்வெர்ட்டர் பல ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் பல்லாயிரக்கணக்கான கிலோவாட் மற்றும் ஆயிரக்கணக்கான வோல்ட்டுகளில் மாறலாம்.

ஒளிமின்னழுத்த மற்றும் காற்றாலை அமைப்புகள் போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலில், IGBT கள் கட்டம் பொருந்தக்கூடிய தன்மைக்குத் தேவையான DC-AC மாற்றத்தை நிர்வகிக்கின்றன. மாறுதல் இழப்புகளைக் குறைக்கவும், மின்னழுத்த அலைவடிவ தரத்தை மேம்படுத்தவும் பல-நிலை இன்வெர்ட்டர்கள் பெரும்பாலும் கேஸ்கேட் உள்ளமைவுகளில் IGBTS ஐப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த சாதனங்கள் உயர் மின்னழுத்த டி.சி (எச்.வி.டி.சி) பரிமாற்றத்திலும் முக்கியமானவை, அங்கு நீண்ட தூரத்தில் செயல்திறன் முக்கியமானது. ஐ.ஜி.பி.டி களின் நம்பகத்தன்மை, வெப்ப வலுவான தன்மை மற்றும் மாறுதல் திறன் ஆகியவை இதுபோன்ற உயர்நிலை சூழல்களுக்கு மிகவும் பொருத்தமானவை.

நுகர்வோர் மின்னணுவியல் கூட, ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் ஒரு தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. தூண்டல் குக்கர்கள், மைக்ரோவேவ் அடுப்புகள் மற்றும் எச்.வி.ஐ.சி அமுக்கிகள் திறமையான மற்றும் பதிலளிக்கக்கூடிய மின் கட்டுப்பாட்டுக்கு IGBTS ஐப் பயன்படுத்துகின்றன. குறைந்த சக்தி கொண்ட உபகரணங்கள் MOSFET களை நம்பியிருக்கலாம் என்றாலும், IGBT கள் வழங்கும் செயல்திறன் மற்றும் எளிமையிலிருந்து அதிக மின்னோட்ட பயன்பாடுகள் பயனடைகின்றன.

தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம் மற்றும் எதிர்கால போக்குகள்

பரிணாமம் IGBT தொழில்நுட்பம் அதன் பல பாரம்பரிய வரம்புகளை தொடர்ந்து நிவர்த்தி செய்கிறது. சேனல் அடர்த்தியை அதிகரிக்கவும், கடத்தல் இழப்புகளைக் குறைக்கவும் செங்குத்து வாயில் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்தும் அகழி ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ்ஸின் வளர்ச்சி, மாறுதல் வேகம் மற்றும் செயல்திறனுக்கு இடையில் சிறந்த வர்த்தக பரிமாற்றங்களுக்கு அனுமதித்துள்ளது. புலம்-நிறுத்த IgBTS, இதற்கிடையில், வால் மின்னோட்டத்தை அடக்குவதோடு மாறுதல் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் விசேஷமாக அளவிடப்பட்ட அடுக்கை இணைக்கிறது.

கூடுதலாக, தொழில் கேட் டிரைவர்கள், வெப்பநிலை சென்சார்கள் மற்றும் பாதுகாப்பு தர்க்கத்துடன் பல சில்லுகளை ஒற்றை சிறிய தொகுப்பாக ஒருங்கிணைக்கும் ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளை நோக்கி நகர்கிறது. இந்த தொகுதிகள் வடிவமைப்பு சிக்கலைக் குறைக்கின்றன மற்றும் ஒட்டுமொத்த கணினி நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகின்றன.

ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் மற்றும் எஸ்.ஐ.சி (சிலிக்கான் கார்பைடு) எம்ஓஎஸ்ஃபெட்களுக்கு இடையே போட்டி அதிகரித்து வருகிறது, குறிப்பாக 1,200 வோல்ட்டுகளுக்கு மேல் உள்ள பயன்பாடுகளில். SIC சாதனங்கள் அதிக செலவில் இருந்தாலும் விரைவான மாறுதல், குறைந்த இழப்புகள் மற்றும் அதிக வெப்ப வரம்புகளை வழங்குகின்றன. ஐ.ஜி.பி.டி கள் நடுப்பகுதியில் மின்னழுத்த வரம்புகளில் (600–1700 வி) ஆதிக்கத்தை பராமரிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, அங்கு செலவு உணர்திறன் முக்கியமானதாக உள்ளது, அதே நேரத்தில் பரந்த-பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்திகள் படிப்படியாக அதி-உயர் செயல்திறன் துறைகளில் சந்தைப் பங்கைப் பெறுகின்றன.

முடிவு

இன்சுலேட்டட் கேட் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர் பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் குறைக்கடத்தி பொறியியலின் மிக வெற்றிகரமான எடுத்துக்காட்டுகளில் ஒன்றாகும். MOSFET களின் மின்னழுத்தத்தால் இயக்கப்படும் வாயில் கட்டுப்பாட்டை பி.ஜே.டி களின் உயர்-தற்போதைய, குறைந்த இழப்பு கடத்துதலுடன் இணைப்பதன் மூலம், எண்ணற்ற பயன்பாடுகளில் ஆற்றலை நிர்வகிக்க ஒரு தனித்துவமான மற்றும் சக்திவாய்ந்த தீர்வை ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் வழங்குகிறது.

போக்குவரத்து மின்மயமாக்கல், தொழில்துறை செயல்திறனை மேம்படுத்துதல் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஒருங்கிணைப்பை செயல்படுத்துவதில் அவற்றின் பங்கை மிகைப்படுத்த முடியாது. சுத்தமான, திறமையான மற்றும் புத்திசாலித்தனமான சக்தி அமைப்புகளுக்கான தேவை வளரும்போது, ​​ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் தொடர்ந்து உருவாகி, வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்களுடன் இணைந்து வாழும்போது அவற்றின் பொருத்தத்தைத் தக்க வைத்துக் கொள்ளும்.

ஐ.ஜி.பி.டி.க்களைப் புரிந்துகொள்வது நவீன மின்னணுவியல் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பற்றிய நுண்ணறிவை வழங்குவதோடு மட்டுமல்லாமல், அடுத்த தலைமுறை ஆற்றல்-ஸ்மார்ட் அமைப்புகளை வடிவமைப்பதற்கான கதவைத் திறக்கிறது. நீங்கள் ஒரு மாணவர், பொறியியலாளர் அல்லது தொழில்நுட்ப ஆர்வலராக இருந்தாலும், ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ்ஸின் கொள்கைகளையும் பயன்பாடுகளையும் பாராட்டுவது நம் உலகத்தை ஆற்றும் உள்கட்டமைப்பைப் புரிந்துகொள்வதற்கு முக்கியமாகும்.