Автомобильная электроника үшін IGBT модулдері: Электр ауылдардың келесі генерациясын қолдау

Криттік Роли IGBT Электр аралық әлемдердегі модульдер

Қалай IGBT модульдері қызметті енергия түрлендіруін мүмкіндік береді

IGBT модульдері электрлік көліктердің энергияны қаншалықты тиімді түрде түрлендіретінін арттыруда маңызды компоненттер болып табылады. Электрондық ажыратқыштар сияқты жұмыс істей отырып, бұл жартылай өткізгіш бөлшектер кернеуді қосып-өшіру арқылы батареядан электр тогының ағынын бақылайды. Нәтижесінде электр энергиясының шығыны азаяды және ЭҚ-ның жалпы өнімділігі жақсаяды. Мысалы, Renesas Electronics соңғы кезде шамамен 300 ампер мен 1200 вольтқа дейінгі жоғары кернеу IGBT-тер шығарды. Бұл жаңа модульдер электр көліктеріндегі электрондық қуат құрылғыларының тиімді жұмыс істеуіне көмектеседі, яғни батареялар ұзақ уақыт пайдаланылады және заряд арасында адамдар әлдеқайда алыс қашықтыққа жүріп үлгереді. MOSFET немесе кәдімгі силикон диодтары сияқты баламалармен салыстырғанда, IGBT технологиясы қуат беру жүйесінің тиімділігі жағынан нақты артықшылық береді. Жүргізушілерге бір зарядқа көбірек шақырым жасауға болады, ал өндірушілер жүйелеріндегі шығындарды азайтады, оларды тиімді электрлік көліктер жасауға қажетті инвестицияға айналдырады.

IGBT-терді басқа электр полупроводник құрылғыларымен салыстыру

Электр жартылай өткізгіш құрылғылар әртүрлі түрде келеді, бірақ IGBT модульдері басқа нұсқаларға қарағанда көп жоғары кернеумен жұмыс істеуге қабілетті болғандықтан ерекше көзге түседі. Төменгі қуатты қолданыстар үшін жақсырақ жұмыс істейтін MOSFET-тер мен жоғары жиілікті операцияларда үздік көрсеткіш беретін SiC құрылғыларын салыстырғанда, электрлік көліктерде кездесетін қатты кернеу талаптарын орындау кезінде IGBT-тер басымдылық танытады. Автомобиль өнеркәсібі IGBT технологиясын кеңінен қабылдаған себебі осы модульдер кернеу әсерін ұзаққа шыдап, құнын төмен ұстайды. Электрлік жүйелермен айналысатын көптеген инженерлер жаңа технологиялар туралы қаншалықты айтыс болса да IGBT-тер таңдаудың негізгі нұсқасы екенін мойындайды. Жақында IGBT модульдеріне арналып жасалған сұйық салқындату шешімдерінде жасалған жақсартулар да байқаларлықтай өзгерістер енгізді. Бұл салқындату жетілдірулері жылу жиналуын біраз азайтты, сондықтан қалалық шаруашылықта тұрақты басталып-тоқтау кезінде инверторлар жақсырақ жұмыс істейді.

Автомобильдік стандартындағы IGBT модульдерінің негізгі қасиеттері

Үлкен қуатты қолданбаларда дамықтық басқару

Жоғары қуатты қолданбалармен жұмыс істегенде дұрыс жылу реттеу маңызды рөл атқарады, себебі ол автомобильдің IGBT модульдерін сенімді ұстап, олардың қызмет ету мерзімін ұзартады. Егер жақсы жылу басқаруы болмаса, жүйе қатты қызып кетеді де, тізбектер істен шығады немесе тиістідей жұмыс істемейді. Автомобиль шығарушылары модульдерді қажетті температурада ұстап тұру үшін радиаторлар мен сұйықтықты суыту жүйелері сияқты күрделі суыту әдістерін қолданады. Бірнеше инженерлік топтардың зерттеулері қазіргі заманғы IGBT модульдері ескі жартылай өткізгіштерге қарағанда көп жоғары температураларға шыдамды екенін көрсетті, бұл барлық жағдайларда қауіпсіз жұмыс істеу дәрежесін арттырады. Тиімді жылу басқаруы ақауларды болдырмаудың ғана емес, сонымен қатар электрондық компоненттердің қызмет ету мерзімін ұзартады, әрі әркүнделікті пайдаланылатын көлік жүйелерінің маңызды бөліктерін қорғайды.

EV орындарындағы шектеуліктерге сай кіші дизайн

Электрлік көліктерге келсек, кішірейтіп жасау маңызды рөл атқарады, өйткені осындай көліктердің ішінде орын аз болады. IGBT модульдерімен жұмыс жасайтын инженерлер олардың өлшемі мен салмағын азайтып, қазіргі электромобилдерге ыңғайлы болатындай етіп жобалау бойынша түрлі шешімдер ұсынуда. Автомобиль өнеркәсібінен шыққан зерттеулер бөлшектердің аз орын алатыны мен салмағының аз болуы барлық көліктің өнімділігіне оң әсер ететінін көрсетіп отыр. Мысалы, HybridPACK DC6i модулін алып қарастырсақ, оның осындай басқа модульдерге қарағанда 25% кіші болатынын байқаймыз өнімдер және ол өзінің қуаттылығын сақтап қалады. Әсіресе гибридті модельдер үшін мұндай компакт шешімдер үлкен рөл атқарады, өйткені осындай көліктерде әрбір миллиметр орынның маңызы зор. Экономияланған әрбір миллиметр көліктің жалпы өнімділігін арттырады.

AQG-324 Автомобиль стандарттарына сәйкес

AQG-324 талаптарымен сәйкес келу машиналарда пайдаланылатын бөлшектер үшін өте маңызды, өйткені олардың нарықта қаншалықты қауіпсіз, сенімді және қабылданатындығын анықтайды. IGBT модульдері дамып жатқан кезде автомобиль өнеркәсібі тарапынан белгіленген қатаң стандарттарға сай келу немесе оларды басып озбау үшін жан-жақты сынақтан өткізіледі. Олар күнделікті пайдалану барысында кездесетін қатты жағдайларға ұшыраған кезде де жақсы жұмыс істеуі қажет. Өнеркәсіптік деректерге назар салсақ, негізгі өндірушілердің көпшілігі осындай техникалық сипаттамалармен сәйкес келу нәтижелерін жақсы көрсетті, бұл тұтынушылардың сенімділігін сақтауға және компаниялардың беделін қорғауға көмектеседі. Infineon мысалы ретінде алсақ. Олардың IGBT модульдері AQG-324 нұсқаулықтарына сәйкес келетіндігін тексерген кезде, олар қауіпсіздік протоколдарын сақтауға ұмтылып жатқанын көрсетті. Бірақ бұл сертификаттаудың бизнес жағынан да маңызы бар – сапасы мен сенімділігі дәлелденген өнімдерге тұтынушылар әрқашан сеніп пайдаланады.

EV-лер үшін IGBT технологиясындағы жаңа жобалау

6-ші поколение IGBT чип інновациялары

Алтыншы ұрпақ IGBT чиптері электрлік көліктер әлемінде жартылай өткізгіш технологияларын жаңа биіктікке көтеріп жатыр. Ескі моделдермен салыстырғанда, бұл чиптер тезірек ауысады, жақсырақ жұмыс істейді және жылуды әлдеқайда тиімді басқарады. Сала кәсіпқойларының деректеріне қарағанда, олардың жақсартылған ауысу жылдамдығы қуатты түрлендіру кезінде энергияның шығындалуын азайтады, яғни электромобильдер жалпы алғанда тиімдірек жұмыс істейді. Қызықты нәрсе олардың жылу шығаруын басқаруында да. Бұл чиптер бұрынғыдан гөрі жылуды тиімдірек шашып жібереді, сондықтан жүктеме кезінде компоненттер суық күйде қалады. Саладағы көптеген инженерлер бұл технологияның электромобильдер нарығы келесі қайда бет алғанын дұрыс анықтап тұр деп сенеді. Олар ақшасына қатты мән беріп, әрі қарай ең жоғары өнімділік көрсетіп тұрғандықтан, соңғы кезде қазіргі электромобильдердің қуат беру жүйелерін жобалау сапасы жоғарылап жатқанын байқауға болып тұр.

Қосымша шеттерден өсімдік өңдеу

Екі жақты суыту IGBT модульдеріндегі күштілік тығыздықты арттыру үшін ойын өзгертетін фактор болып табылады, бұл электрлік көліктер үшін өте маңызды, өйткені оларға жоғары өнімділік қажет. Негізгі идея қарапайым - модульдің екі жағынан да суытуды қамтамасыз етудің нәтижесінде жылу басқаруы жақсаяды, яғни жылуды шашырату ә существенно жақсаяды. Инженерлік симуляциялар арқылы жүргізілген сынақтар өзінше бәсекеге қабілетті нәтижелер көрсетті. Бұл екі жақты жүйені пайдаланатын модульдер қауіпсіздік стандарттарын немесе жұмыс істеу тиімділігін жоғалтпай отырып, айтарлықтай дәрежеде күштілігін көбейтіп өтеді. Өндірісті азайтуға тырысатын көлік өндірушілер үшін бұл технология нақты пайдалы ұсыныстар жасайды, сонымен қатар дизайнерлерге көлік компоненттерін жасаудың жаңа жолдарын ашып береді. Әрине, бөлшектерді дайындау кезінде күрделіліктер туындайды. Бірақ компаниялар бұл мәселелерді шешу үшін жаңа материалдарды енгізу мен дәлірек өндіріс әдістерін қолдануды жүзеге асырып жатыр.

Солар панель конвертер системасымен интеграция

IGBT модульдері күн сәулесі панельдерінің түрлендіргіш жүйелерімен өте жақсы жұмыс істейді және осы екі технологияны біріктіру электр көліктерінде энергияны басқару тәсілінде үлкен айырмашылық жасайды. Бұл екі технология бірігіп жұмыс істегенде энергия түрлендіру әсерін біраз арттырады, яғни күннен келіп түсетін қайта өңделетін энергияны тиімді пайдалануға болады. Біз бұны Еуропа мен Солтүстік Америкадағы бірнеше күн энергиясымен жұмыс істейтін зарядтау станцияларында сәтті қолданып көрдік, онда IGBT технологиясы арқасында көліктер тез және таза зарядталады. Сонымен қатар, бұл тек қазіргі уақытта ғана емес. Қайта өңделетін энергия көздерін көліктерімізбен үйлестіру болашақта автомобиль өнеркәсібіндегі инновацияларды дамытуды жалғастыратын сияқты. Көпшілік өндірушілер бұл бағытта қазірден-ақ қозғалып, тұрақты даму мақсаттарының бір бөлігі ретінде қозғалуда, сондықтан IGBT модульдері жасыл көлік нұсқаларын практикалық деңгейде жұмыс істеуге мүмкіндік беретін негізгі рөл атқаратын сияқты.

Тез зарядтау инфраструктурасындағы роль

IGBT модульдері тез зарядтау жүйелері үшін өте маңызды, себебі олар қуатты түрлендірудің тиімділігін арттырады және энергия ағынын тегістейді. Негізінде, бұл модульдер айнымалы токты тұрақты токқа айналдырады, бұл батареяларды тез зарядтау кезінде ең басты нәрсе болып табылады. Жаңа IGBT технологиясы зарядтау уақытын біраз қысқартады. Кейбір сынақтар бүкіл әлемде пайда болып жатқан үлкен электромобиль зарядтау станцияларында зарядтау жылдамдығын 20% дейін арттыру мен жалпы тиімділікті арттыруға болатынын көрсетті. Автокөлік компаниялары мен зарядтау желілерін басқарушылар бірлесіп жұмыс істеп, әртүрлі жүйелер сенімді жұмыс істейтіндей IGBT сипаттамалары бойынша бәрін бір жолға әкелуге тырысып жатыр. Алда болашақта, көліктерін сапасы мен қауіпсіздік стандарттарын құртпай, рекордтық уақыт ішінде зарядтауға деген сұраныс артқан сайын, мұндай ынтымақтастық жаңа зарядтау технологиялары мен жаңа жетістіктерді дамытуға ықпал ететін сияқты.

EV-дерде Серво Драйв жүйелеріне байланыстар

IGBT модульдері электрлік машиналардың сервожетектерінде негізгі рөл атқарады, қозғалтқышты дәл баптауға мүмкіндік береді. Бүкіл жүйе IGBT-тердің қосылуымен жылдам ауысу мүмкіндіктері мен энергияны үнемдеуге ауыртпай сүйенеді, жол жиегімен жүргенде де, қиың қалалық көшелерде де барлығы дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Әртүрлі техникалық бағалалауларға сәйкес, IGBT-тер сервожетектердің қызмет ету мерзімін ұзартуға, шығындалған қуатты азайтуға және қозғалысты басқаруды жақсартуға көмектеседі. Зерттеулер осы компоненттер қиын жағдайларда да жұмыстың сұрақсыз орындалуын қамтамасыз ететінін көрсетеді, бұл әсіресе олар автономды басқару технологияларының бөлігі болған кезде маңызды болып табылады. Болашақта IGBT жобалауларындағы жетілдірулер осы модульдер мен автономды жүйелер арасындағы байланысты тығыздауға апаратын болады, бұл машиналардың жол жағдайларына нақты қалай жауап қайтаруын өзгертетін болады.

Жаратылыстануындағы беспилот қосымша

Практикада ИГБТ модульдерінің сымсыз электр энергиясын беру технологиясына әлдеқайда көп пайда келтіретіні мүмкін. Бұл жартылай өткізгіш құрылғылар дамып келе жатып, электрлік көліктер үшін сымсыз зарядтау жүйелерін одан әрі тиімді және сенімді етіп жасайды. Дүниежүзі бойынша ғалымдар ИГБТ технологиясына негізделген жұмыс істейтін сымсыз жүйелерді жасау үшін әртүрлі әдістерді сынақтан өткізуде және осындай көптеген тәжірибелер нәтижесінде жақсы нәтижелер көрсетіп отыр. Кейбір жақындағы тәжірибелер ескі әдістермен салыстырғанда 30%-дан астам энергия тиімділігін арттырғанын және трансмиттер мен ресивер арасындағы қуат беру қашықтығын ұзартқанын көрсетті. Әрине, ИГБТ-негізіндегі сымсыз зарядтау технологиясын кең көлемде пайдалану әлі де күрделі тапсырмаларды шешуді талап етеді. Инженерлер модульдің жақсартылған конструкциялары мен сигналдарды бұзылмайтын күшейту жолдары сияқты мәселелерге тығыз жұмыс жасап жатыр. Егер бұл техникалық кедергілер жеңілсе, онда біз жақын арада сымсыз зарядтау станцияларының кеңінен орналасуын көруі мүмкін, бұл электромобиль иелеріне көліктерін электр энергиясымен толтыру үшін әлдеқайда ыңғайлы тәсіл береді.

EV электроникасындағы қиындықтарды жеткізу

Бырысыз модульдердегі іскерлік стрессін шешу

IGBT модульдері жоғары өнімділік жағдайларында пайдаланғанда ауыр термиялық қиыншылықтарға тап болады, жиі термиялық шарумен және уақыт өте жылыту-суыту ақауларымен аяқталады. Бұл компоненттер өте жоғары температура деңгейін және уақыт өте қайталанып тұратын температура өзгерістерін шыдап, бұл әсерден бұзылуға ұшырайды. Мамандар бұл мәселелерді әртүрлі тәсілдермен шешеді: жақсы суыту шешімдерін, жылу өткізгіштігі жоғары материалдарды, модуль конструкциясын қайта жобалау арқылы. Мысалы, графенмен күшейтілген субстраттар модульден жылуды шашыратуды әлдеқайда жақсартады. Біз осындай термиялық жақсартуларды автомобиль өнеркәсібінде табысты енгізген кезде оның тиімділігін көрдік. Электр көліктерінің жолдарда кездесу жиілігі артқан сайын, келесі ұрпақ IGBT модульдерін жасаушылар өнімдерінің ұзақ мерзімді және сенімді жұмыс істеуі үшін жылуды басқару өте маңызды болып отыр.

Электрдеген машинасының талаптарына сайлау

Электр дәнекерле машиналардың қуат қажеттіліктері жартылай өткізгіш компоненттеріне, әсіресе қазіргі кезде барлық жерде кездесетін IGBT модульдеріне ерекше талаптар қояды. Дәнекерлеу құрылғылары әдетте тез ауытқып тұратын токтарды басқаруға және қиын жұмыс жағдайларында тұрақтылықты сақтауға мүмкіндік беретін модульдерді қажет етеді. Өнеркәсіптік сынақтар жаңа IGBT технологиясының шұғыл ауыстыру уақыты мен жалпы тұрақтылық сияқты қатаң техникалық сипаттамаларға төтеп бере алатынын көрсетеді. Өнеркәсіптік нарықтарға бағытталған өндірушілер үшін дәнекерлеу қолданбаларына арнап дамып жасалған шешімдерді әзірлеу барысында серіктестік жасау мүмкіндігі бар. Дәнекерлеу технологиясы дамыған сайын нарық күрделірек IGBT модульдеріне ығысып жатыр, сондықтан компаниялар үшін бәсекеге қабілетті болып қала беру үшін осы тенденциядан озық болу маңызды. Бұл технологиялар жетілген сайын келесі бірнеше жыл ішінде дәнекерлеу тиімділігінде айтарлықтай жақсарулар болуы мүмкін.

1200V+ Архитектура үшін болашаққа дайындалу

IGBT технологиясының үздіксіз жетілдірілуімен 1200 В-тан жоғары кернеуді ұстай алатын жүйелерді жобалау бәсекеге қабілетті болып табылады. Нақты зерттеулер келесі бірнеше жыл ішінде электрлік көліктердің қуаттылығы артқан сайын және желілік электр энергиясын сақтау кеңейген сайын, жоғары кернеулі модульдерге деген сұраныстың күрт өсуін болжайды. Автоөнеркәсіп өзі ғана сенімді көрсеткіштерді көрсетеді, өйткені көптеген өндірушілер келесі бес жыл ішінде өз электромобильдер өндіру қуаттарын екі есе арттыру жоспарын жасап тұр. Бірақ инженерлер бұл жоғары кернеулі компоненттермен жұмыс істегенде қатты қиындықтарға кездеседі. Олар бөлшектердің қызмет ету мерзімін ұзартуға, жылу шығынын азайтуға және жалпы тиімділікті сақтауға кепілдік беруі тиіс. Жартылай өткізгіш саласының ірі ойыншылары бұл бағытта қарқынды түрде қаржы салып жатыр, жаңа материалдарды сынақтан өткізіп және модульдің орналасуын қайта жобалап, осы мәселелерді шешуге тырысып жатыр. Қазіргі уақытта осыны дұрыс орындай алатын компаниялар келесі ұрпақ күш электроникасындағы басты орынды иелене алады және электр тасымалдау қажеттіліктерін басқарудың негізгі артықшылығын қамтамасыз етеді.