IGBT және IGCT арасындағы техникалық және құны бойынша салыстыру

0. Резюме

Бұл мақалада өнеркәсіптік қуат жүйелеріндегі IGBT пен IGCT арасындағы техникалық айырмашылықтар мен құндардың егжей-тегжейлі салыстырмалы талдауы келтірілген.

Қазіргі заманғы қуат электроникасы саласында IGBT (изоляцияланған қақпақты биполярлы транзистор) және IGCT (интегралды қақпақпен коммутацияланатын тиристор) — жоғары қуатты түрлендіру жүйелерінде қолданылатын негізгі жартылай өткізгіштік құрылғылар. Екеуі де толық басқарылатын қуат құрылғылары болса да, олардың әртүрлі жартылай өткізгіштік құрылымдары кернеу мен ток қабілеті, ауысу сипаттамалары, жүйе құны және қолданылуы аудандар.

1. IGBT-ның техникалық сипаттамалары

IGBT қазір ең кең таралған күштік жартылай өткізгіш құрылғыларының бірі. Ол MOSFET-тердің жоғары жылдамдықты ауысу сипаттамаларын биполярлы транзисторлардың төмен өткізу шығындарының сипаттамаларымен үйлестіреді. Негізгі артықшылықтары — қарапайым басқару, жоғары ауысу жиілігі және икемді басқару қабілеті.

IGBT-тің артықшылықтары:

1. Жоғары ауысу жиілігі

IGBT салыстырмалы түрде жоғары ауысу жиіліктерінде жұмыс істей алады, әдетте бірнеше кГц немесе одан да жоғары ауқымда. Бұл оны жоғары дәлдікпен басқару, шығыс тербелісінің сапасын жақсарту және сүзгіштің өлшемін азайту қажеттілігі бар қолданбаларға сәйкес келтіреді.

2. Қарапайым қақпа басқару технологиясы

IGBT кернеумен басқарылатын қақпа басқару технологиясын қолданады. Қажетті қақпа басқару қуаты салыстырмалы түрде төмен, ал басқару схемасының дизайны салыстырмалы түрде қарапайым. Бұл жүйенің дамуының күрделілігін азайтады және модульдік жабдықтардың дизайнын жеңілдетеді.

3. Дамыған өнім экожүйесі

Он жылдар бойы дамығаннан кейін, IGBT толық өнеркәсіптік жеткізу тізбегін құрды: чиптер, модульдер, жеткізушілер және қолданбалы шешімдер. Ол қайта өндірілетін энергия, өнеркәсіптік электр қозғалтқыштары, электромобильдер, теміржол көлігі, дәнекерлеу жабдықтары мен өнеркәсіптік электр қоректендірулерінде кеңінен қолданылады.

IGBT-ның шектеулері:

Бірақ IGBT-ның да бірнеше шектеулері бар:

• Жеке құрылғының ағын қабілеті өте жоғары қуатты қолдануларда шектеулі;

• Жүйе кернеуі мен қуаты артқан сайын, тізбектей немесе параллель қосылу үшін көбірек құрылғылар қажет болады, бұл жүйенің күрделілігін арттырады;

• Тұрақты жоғары ағынмен жұмыс істеген кезде өткізгіштік шығындар мен жылу басқару талаптары маңыздырақ болады.

2. IGCT-ның техникалық сипаттамалары

IGCT — GTO (Gate Turn-Off Thyristor) технологиясы негізінде әзірленген жаңа ұрпақ жоғары қуатты жартылай өткізгіш құрылғысы. Ол тиристорлардың төмен өткізгіштік шығындарының сипаттамаларын толық бақыланатын жартылай өткізгіш құрылғыларының басқарылатын өшіру қабілетімен үйлестіреді.

IGCT-ның негізгі артықшылықтары — жоғары кернеу қабілеттілігі, өте жоғары ток қабілеттілігі, жоғары сенімділік және төмен өткізу шығындары.

IGCT-ның артықшылықтары:

1. Өте жақсы жоғары қуаттылық қабілеттілігі

IGCT конвенционалды IGBT модульдарымен салыстырғанда әлдеқайда жоғары кернеу мен ток деңгейлерін ұстай алады. Орташа кернеу мен жоғары қуатты түрлендіру жүйелерінде IGCT қажетті жартылай өткізгіштік құрылғылар санын азайтып, жалпы қуаттық тізбекті жеңілдетеді.

2. Төмен өткізу шығындары

Тиристорлық құрылымына байланысты IGCT-ның қосылған күйдегі кернеу түсуі өте төмен. Жоғары токпен ұзақ мерзімді жұмыс істеген кезде ол қуат шығындарын қатты азайтып, жалпы жүйе тиімділігін арттырады.

3. Жоғары жүйелік сенімділік

Қажетті жартылай өткізгіштік құрылғылар саны аз болғандықтан, электрлік қосылыстар мен мүмкін болатын ақаулық нүктелерінің санын азайтуға болады. Бұл ұзақ қызмет ету мерзімі мен жоғары сенімділікті талап ететін жоғары қуатты жүйелерге артықшылық береді.

IGCT-ның шектеулері:

IGCT-ның бірнеше шектеулері де бар:

• Оның ауысу жиілігі IGBT-ке қарағанда төмен, сондықтан жоғары жиілікті PWM басқаруы қажет ететін қолданбаларға қолайсыз;

• Ақаулық басқару жүйесіне қойылатын талаптар жоғарырақ, төмен индуктивтілік пен жоғары өнімділік дизайн қажет;

• IGBT-ке қарағанда құрылғыларды жасаушылар базасы мен қолданбалы экожүйе кішірек.

3. Қолдану шығындарын салыстыру

IGBT пен IGCT-ті салыстырған кезде тек жеке жартылай өткізгіш құрылғысының бағасын ғана емес, сонымен қатар жобалау күрделілігін, пайдалы әсер коэффициентін, суыту талаптарын және ұзақ мерзімді пайдалану шығындарын қамтитын жалпы жүйелік шығынды да ескеру маңызды.

3.1 Орташа және төмен қуатты қолданбалар

Бірнеше киловаттан бірнеше мегаватқа дейінгі қолданбалар үшін IGBT әдетте мына себептерге байланысты жоғарырақ шығын тиімділігін қамтамасыз етеді:

• Төмен компонент бағасы;

• Қарапайым ақаулық басқару дизайні;

• Жетілген басқару технологиясы;

• Кеңінен қолжетімді және күшті жабдықтау тізбегінің қолдауы.

Сондықтан IGBT өнеркәсіптік инверторлар, қайта қалпына келтірілетін энергия конвертерлері, электр қозғалтқыштарының басқару жүйелері мен көптеген өнеркәсіптік электр жүйелері үшін негізгі шешім болып табылады.

3.2 Жоғары қуатты қолданыстар

Жүйе қуаты ондаған мегаватқа немесе одан да жоғары деңгейге жеткенде IGCT жалпы жүйе құны бойынша артықшылықтар беруі мүмкін:

• Бір IGCT құрылғысы әлдеқайда жоғары қуатты өткізе алады;

• Аз санда жартылай өткізгіштік құрылғылар қажет;

• Қуаттық тізбек қарапайымдалады;

• Суыту жүйесінің талаптары азаяды;

• Ұзақ мерзімді жұмыс істеу кезіндегі шығындар төмен болуы мүмкін.

Бірақ IGCT құрылғысының бірлік бағасы әдетте стандартты IGBT модулі , IGCT үлкен өнеркәсіптік жабдықтардың толық өмірлік цикл құнын (LCC) ескере отырып, бәсекеге қабілетті артықшылықтар ұсына алады.

Типтік қолданыстарға жоғары қуатты түзеткіш жүйелері, орта кернеумен жұмыс істейтін қозғалтқыштар, электр желісі жабдықтары, металлургия, электролиз және үлкен көлемді сутегі өндіру жүйелері кіреді.

4. IGBT пен IGCT арасындағы таңдау принциптері

IGBT пен IGCT бір-бірінің қарапайым ауыстырмалары емес. Таңдау негізінен қуат деңгейіне, жұмыс жағдайларына, ауысу талаптарына және экономикалық факторларға байланысты.

5. Жеке сөз

IGBT — бұл жоғары тиімділікті, жоғары жиілікті және модульді қуат электроникасының даму бағытын көрсетеді . Ол тез ауысу мен дәл басқару қажеттілігі бар орташа қуатты қолданбаларға ерекше сай келеді.

IGCT — бұл өте жоғары қуатты, жоғары сенімділікті және төмен шығынды қуат түрлендіру технологиясының даму бағытын көрсетеді . Ол өте жоғары ток, жоғары кернеу және үзіліссіз жұмыс істеу қажеттілігі бар қолданбаларда ерекше артықшылықтарға ие.

IGBT пен IGCT арасында универсалды ауыстыру қатынасы жоқ. Ең тиімді таңдау нақты қолданыс талаптарына байланысты. Жабдық өндірушілер үшін жартылай өткізгішті таңдау тек құрылғының сатып алу бағасына негізделмеуі керек, бірақ жалпы жүйе тиімділігін, сенімділігін, жөндеу талаптарын және жалпы өмірлік цикл шығындарын ескеру қажет.