lgbt Skim601

ماژول IGBT چیست؟

یک ماژول IGBT یک دستگاه نیمه هادی بسته بندی شده است که برای تعویض ولتاژ و جریان بالا استفاده می شود.

ماژول آی جی بی تی یک دستگاه یکپارچه است که معمولاً از یک ترانزیستور دوقطبی گیت عایق (IGBT)، یک تریستور گیت خاموش کننده (GTO) و یک خازن اسنابر تشکیل شده است. عملکرد اصلی آن تغییر ولتاژ و جریان در جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) الکترونیک قدرت است.

ماژول های IGBT برای ترکیب مزایای MOSFET و BJT طراحی شده اند. این بدان معناست که آنها از ظرفیت ولتاژ بالای ترانزیستورها و در عین حال عملکرد سوئیچینگ سریع ماسفت ها استفاده می کنند.

ساخت و طراحی این ماژول تضمین می کند که می تواند جریان های کلکتور-امیتر بزرگ را حتی با یک درایو گیت بسیار کم کنترل کند.

اجزای اصلی ماژول IGBT

اجزای اصلی یک ماژول IGBT ترانزیستور IGBT، ترمینال گیت، ترمینال آند، ترمینال کاتد و محفظه است.

ترانزیستور IGBT یک دستگاه نیمه هادی است که به عنوان یک سوئیچ عمل می کند. ترمینال گیت برای کنترل ترانزیستور IGBT استفاده می شود.

ترمینال گیت به سمت ورودی یک مدار کنترل متصل است. ماژول آی جی بی تی به موازات سایر ماژول های IGBT متصل می شود که هر کدام دارای پایانه های آند و کاتد خود هستند.

ترمینال آند برای اتصال بار به ماژول آی جی بی تی استفاده می شود. بار، بار الکتریکی است که ماژول آی جی بی تی انرژی می دهد.

ترمینال کاتد برای اتصال سمت منفی بار به سمت منفی منبع تغذیه استفاده می شود.

محفظه برای محافظت از ترانزیستورهای IGBT در برابر محیطی که در آن استفاده می شود طراحی شده است.

ساخت ماژول IGBT

از اجزایی که در بالا ذکر کردیم، مشخص است که ساختار IGBT با چهار لایه نیمه هادی های ساندویچی مشخص می شود.

اینها زیرلایه P+، لایه N، لایه P و لایه N+ هستند.

P+ نزدیک ترمینال کلکتور است. وظیفه اصلی این لایه این است که به عنوان ترمینال جمع کننده عمل کند.

لایه N نزدیک ترمینال امیتر است. وظیفه اصلی این لایه این است که به عنوان پایانه امیتر عمل کند.

لایه P بین لایه N و لایه N+ قرار گرفته است. برای اتصال این دو لایه به یکدیگر و همچنین به عنوان گذرگاهی برای جریان الکترون از امیتر به پایانه های کلکتور عمل می کند.

لایه N+ نزدیک ترمینال آند است. وظیفه اصلی این لایه این است که به عنوان ترمینال آند عمل کند.

طراحی ماژول IGBT

از نظر طراحی، ماژول IGBT با یک محفظه فلزی ساخته شده است تا از نیمه هادی ها در برابر محیط محافظت کند. علاوه بر این، محفظه همچنین برای دفع گرما از نیمه هادی ها عمل می کند. این کار با نصب یک هیت سینک مستقیماً در بالای ماژول آی جی بی تی انجام می شود.

ماژول آی جی بی تی همچنین مجهز به بلوک ترمینال الکتریکی است که امکان اتصال آسان و قطع سیم ها از بار را فراهم می کند.

برنامه های کاربردی ماژول IGBT

ماژول‌های IGBT در بسیاری از برنامه‌های کاربردی مختلف که نیاز به سوئیچینگ با توان بالا است، استفاده می‌شوند.

آنها در دستگاه های مختلف برای انجام عملکردهای زیر استفاده می شوند.

۱.کنترل سرعت متغیر: در برنامه های کاربردی کنترل سرعت متغیر، ماژول های IGBT به همراه یک موتور DC برای کنترل سرعت موتور استفاده می شوند.

۲.تصحیح ضریب توان بالا: در برنامه های اصلاح ضریب توان بالا، ماژول های IGBT همراه با خازن ها برای بهبود ضریب توان یک بار الکتریکی استفاده می شوند.

۳.سوئیچینگ: در کاربردهای سوئیچینگ، از ماژول های آی جی بی تی برای روشن و خاموش کردن بارهای پرقدرت مانند موتورهای صنعتی یا سیستم های روشنایی پرقدرت استفاده می شود.

۴.مبدل های فرکانس: این ماژول ها در مبدل های فرکانس برای تبدیل برق AC از یک فرکانس به فرکانس دیگر استفاده می شوند.

۵.منابع تغذیه: ماژول های IGBT در منابع تغذیه به عنوان یکسو کننده و اینورتر استفاده می شوند.

ماژول IGBT چگونه کار می کند؟

ماژول آی جی بی تی یک دستگاه نیمه هادی پرقدرت است که برای کنترل سوئیچینگ جریان در مدار استفاده می شود.

جریانی که در مدار جریان دارد توسط مدار کنترل، کنترل می شود.

هنگامی که مدار کنترل یک ولتاژ مثبت به ترمینال گیت می فرستد، یک مسیر رسانا بین پایانه های آند و کاتد ایجاد می کند. هنگامی که هیچ ولتاژی به ترمینال گیت اعمال نمی شود، جریان از طریق مواد نیمه هادی از کاتد به پایانه های آند می گذرد.

ولتاژ در ترمینال آند ولتاژ اعمال شده به مدار است و ولتاژ در ترمینال کاتد ولتاژ مدار منهای افت دیود است.

نحوه کنترل IGBTS

از آنجایی که ماژول آی جی بی تی یک دستگاه نیمه هادی است، زمانی که با جریان ثابت کار کند بیشترین کارایی را خواهد داشت.

این بدان معناست که وقتی ولتاژ اعمال شده ثابت باشد، جریان عبوری از دستگاه نیز ثابت خواهد بود.

بنابراین برای کنترل ماژولIGBT به منبع ولتاژی نیاز است که ولتاژ ثابتی اعمال کند.

روش های دیگری که برای کنترل ماژول های IGBT استفاده می شود عبارتند از:

۱.کنترل SCR: کنترل SCR رایج ترین روش کنترل ماژول های IGBT است. یک SCR به صورت سری بین مدار قدرت و ماژول IGBT قرار می گیرد. SCR جریان ورودی به ماژول آی جی بی تی را با باز و بسته شدن تعدیل می کند.

۲.کنترل ماسفت: این شبیه به کنترل SCR است، تنها تفاوت این است که به جای SCR از ماسفت استفاده می شود. ماسفت‌ها اغلب در کاربردهای با قدرت بالاتر استفاده می‌شوند، زیرا می‌توانند از نظر اندازه کوچکتر از SCR باشند.

مزایای ماژول IGBT

ماژول های IGBT مزایای زیادی دارند که آن را به یک انتخاب بسیار محبوب برای کاربردهای صنعتی و تجاری تبدیل می کند. در اینجا برخی از مزایای استفاده از ماژول آی جی بی تی آورده شده است.

۱.چگالی جریان بالا: ماژول های IGBT چگالی جریان بالاتری نسبت به تریستور دارند که آن را برای کاربردهای با جریان بالا انتخاب بهتری می کند.

۲.ولتاژ بالا: ماژول‌های آی جی بی تی می‌توانند ولتاژهای بالا، معمولاً تا ۶۰۰ ولت را تحمل کنند.

۳.دمای عملیات گسترده: ماژول های IGBT می توانند در دمای بین -۴۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد کار کنند.

۴.افت ولتاژ پایین: ماژول های IGBT افت ولتاژ بسیار پایینی دارند. این مزیت بسیار خوبی دارد زیرا میزان برق از دست رفته در مدار را کاهش می دهد.

۵.راندمان بالا: ماژول های آی جی بی تی بسیار کارآمد هستند، معمولاً حدود ۹۷٪. این باعث می شود آنها برای برنامه هایی ایده آل باشند که در آن کارایی از اهمیت بالایی برخوردار است.

۶.تلفات کم توان: ماژول های IGBT در مقایسه با تریستورها تلفات توان کمی دارند.

۷.اندازه کوچک: ماژول هایIGBT در مقایسه با سایر فناوری ها مانند تریستورها و SCR ها بسیار کوچک هستند. این باعث می شود آنها برای برنامه هایی ایده آل باشند که در آن فضا محدود است و اندازه یک عامل مهم است.

محدودیت های رایج ماژول آی جی بی تی

هنگام استفاده از ماژول آی جی بی تی چند محدودیت وجود دارد که باید به آنها توجه کرد.

هزینه بالا: ماژول های IGBT هزینه بالایی برای خرید دارند. آنها همچنین هزینه های تعمیر و نگهداری بالایی دارند که با ولتاژ بالا، جریان بالا و توان بالا همراه است.

خبر خوب این است که تولید کنندگان و توزیع کنندگانی وجود دارند که ماژول های مقرون به صرفه IGBT را می فروشند.

تنها چیزی که نیاز دارید این است که مورد مناسبی را پیدا کنید که نیازهای تجاری شما را برآورده کند.

مشخصات فنی ماژول IGBT

قبل از انتخاب یک ماژول IGBT، مهم است که بررسی کنید و مطمئن شوید که ماژول تمام الزامات مدار را دارد.

هنگام انتخاب ماژول آی جی بی تی، مشخصات زیادی وجود دارد که باید از آنها آگاه باشید.

۱.ظرفیت ولتاژ و جریان: حداکثر ولتاژ و جریانی را که ماژول IGBT می تواند تحمل کند را بیابید. همچنین باید بررسی کنید که آیا جریان ثابت است یا پالس.

۲.Gate trigger Current: جریان ماشه گیت ماژول IGBT را بررسی کنید. دانستن این موضوع بسیار مهم است، زیرا مستقیماً با حداکثر توانی که می‌تواند توسط ماژول آی جی بی تی اداره شود، مرتبط است.

۳.Rise Time: زمان افزایش تعیین می کند که یک ماژول آی جی بی تی با چه سرعتی می تواند روشن یا خاموش شود. در نانوثانیه (ns) اندازه گیری می شود. هرچه زمان خیز کمتر باشد، ماژول IGBT سریعتر می تواند روشن یا خاموش شود.

۴.Holding Torque: گشتاور نگهدارنده به میزان نیرویی که برای یک ماژول آی جی بی تی نیاز دارد تا بار را در یک حالت مشخص نگه دارد، اشاره دارد. بر حسب میلی آمپر در هر فاز (mA/phase) اندازه گیری می شود.

۵.اوج ولتاژ معکوس (PIV): حداکثر ولتاژ معکوس به حداکثر ولتاژی اشاره دارد که می تواند در یک ماژول IGBT بدون ایجاد آسیب دائمی اعمال شود.

۶.تعداد ترانزیستورها در یک ماژول: دانستن تعداد ترانزیستورهای یک ماژول به دلایل زیر مهم است. ابتدا تعیین می کند که هر ترانزیستور چه مقدار توان را می تواند تحمل کند. دوم، کل توانی را که یک ماژول می تواند تحمل کند را تعیین می کند.

نکاتی برای استفاده از ماژول IGBT

نکات زیر به شما کمک می کند از ماژول آی جی بی تی خود بیشترین بهره را ببرید.

۱.استفاده از مکانیزم خنک کننده مناسب: مطمئن شوید که ماژول IGBT به درستی خنک شده است تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری شود. هنگامی که ماژول آی جی بی تی بیش از حد گرم می شود، طول عمر کاهش می یابد و راندمان کاهش می یابد.

۲.از روش نصب مناسب استفاده کنید : هنگام نصب ماژول، مطمئن شوید که به خوبی زمین شده است و با سایر اجزای مدار تماس نداشته باشد.

۳.از طراحی حرارتی مناسب استفاده کنید: مطمئن شوید که ماژولIGBT به گونه ای نصب شده است که مانع از جریان گرما نشود.

۴.استفاده از ترانسفورماتور مناسب: هنگام استفاده از ماژول، استفاده از ترانسفورماتوری که بتواند جریان و ولتاژ بالا را تحمل کند، مهم است.

تفاوت بین IGBT و MOSFET چیست؟

ماسفت ها و IGBT ها از بسیاری جهات شبیه هم هستند. با این حال، این دو تفاوت های آشکاری دارند.

یکی از تفاوت ها در سرعت سوئیچینگ است. ماسفت های پاور سرعت سوئیچینگ بیشتری نسبت به IGBT دارند.

وقتی نوبت به رتبه‌بندی قدرت می‌رسد، ماژول‌های IGBT نسبت به ماسفت‌ها دارای رتبه‌بندی ولتاژ و جریان بالا هستند.

اگرچه ساختارهای مشابهی دارند، اما پایانه های متفاوتی دارند. IGBT دارای پایانه های امیتر، جمع کننده و دروازه است در حالی که MOSFET دارای پایانه های منبع، تخلیه و دروازه است.

نکاتی برای انتخاب توزیع کنندگان ماژول IGBT

هنگام انتخاب توزیع کننده ماژول آی جی بی تی، چند نکته وجود دارد که باید در نظر داشته باشید.

همه توزیع کنندگان ماژول های IGBT یکسان ایجاد نمی شوند، بنابراین شما می خواهید به دنبال توزیع کننده ای باشید که بتواند نیازهای خاص شما را برآورده کند.

در اینجا چند نکته وجود دارد که باید هنگام انتخاب توزیع کننده ماژولIGBT در نظر داشته باشید.

شهرت: مهم است که تامین کننده ای را انتخاب کنید که شهرت خوبی داشته باشد، زیرا این امر بر نحوه عملکرد ماژولIGBT تأثیر می گذارد.

کیفیت محصول: باید مطمئن شوید که توزیع کننده ماژول آی جی بی تی کیفیت محصول خوبی دارد.

در دسترس بودن محصول: مطمئن شوید که توزیع کننده ماژول IGBT موجودی گسترده ای دارد که می تواند نیازهای خاص شما را برآورده کند.

نتیجه گیری

انواع و مارک های مختلف ماژول های IGBT در بازار موجود است. برای انتخاب مناسب، ابتدا باید مطمئن شوید که تمام نیازهای الکتریکی لازم را دارد.

همچنین باید مطمئن شوید که ماژول آی جی بی تی الزامات برنامه خاص شما را برآورده می کند. همچنین باید در نظر داشته باشید که همه ماژول های IGBT یکسان ایجاد نمی شوند.

برای انتخاب ماژول آی جی بی تی مناسب، باید به دنبال توزیع کننده ای باشید که شهرت و کیفیت محصول خوبی داشته باشد تا مطمئن شوید که ماژول IGBT از کیفیت بالایی برخوردار است.