TeHNISKĀ UN IZMAKSU SALĪDZINĀŠANA STARP IGBT UN IGCT

0. ĪSA SANNOVĀJUMA RAKSTS

Šis raksts sniedz detalizētu salīdzinājumu starp IGBT un IGCT tehniskajām atšķirībām un izmaksām rūpnieciskajās enerģijas sistēmās.

Mūsdienu jaudas elektronikas jomā IGBT (izolētā vārta bipolārais tranzistors) un IGCT (integrētā vārta komutētais tiristors) ir abas galvenās pusvadītāju ierīces, ko izmanto augstas jaudas pārveidošanas sistēmās. Lai arī abas ir pilnībā regulējamas jaudas ierīces, to dažādās pusvadītāju struktūrās rezultējas būtiskas atšķirības sprieguma izturībā, strāvas izturībā, pārslēgšanās veiktspējā, sistēmas izmaksās un lietojumprogramma jomas.

1. IGBT tehniskās īpašības

IGBT pašlaik ir viena no visplašāk izmantotajām jaudas pusvadītāju ierīcēm. Tā apvieno MOSFET augsto pārslēgšanās ātrumu ar bipolāro tranzistoru zemo vadīšanas zudumu īpašībām. Tās galvenās priekšrocības ir vienkārša vadība, augsta pārslēgšanās frekvence un elastīga vadības iespēja.

IGBT priekšrocības:

1. Augsta pārslēgšanās frekvence

IGBT var darboties salīdzinoši augstās pārslēgšanās frekvencēs, parasti vairākos kHz vai vēl augstāk. Tas padara to piemērotu lietojumiem, kuros nepieciešama augsta vadības precizitāte, uzlabota izvades signāla viļņa kvalitāte un mazāka filtra izmērs.

2. Vienkārša vārtu vadības tehnoloģija

IGBT izmanto spriegumu vadītu vārtu vadības tehnoloģiju. Nepieciešamā vārtu vadības jauda ir salīdzinoši zema, un vadības ķēdes dizains ir salīdzinoši vienkāršs. Tas samazina sistēmas izstrādes sarežģītību un veicina modulāru aprīkojuma projektēšanu.

3. Nobriedis produkta ekosistēmas

Pēc desmitiem gadu attīstības IGBT ir izveidojis pilnīgu rūpniecisko piegādes ķēdi, ieskaitot čipus, moduļus, vadītājus un lietojumrisinājumus. To plaši izmanto atjaunojamās enerģijas sistēmās, rūpnieciskajos elektrodzinējos, elektriskajos automobiļos, dzelzceļa transportā, metināšanas iekārtās un rūpnieciskajos barošanas avotos.

IGBT ierobežojumi:

Tomēr IGBT ir arī daži ierobežojumi:

• Viena ierīces strāvas jauda ir ierobežota ļoti augstas jaudas lietojumos;

• Kad sistēmas spriegums un jauda palielinās, var būt nepieciešami vairāk ierīču virknes vai paralēlā slēgumā, kas palielina sistēmas sarežģītību;

• Nepārtrauktas augstas strāvas darbības laikā vadīšanas zudumi un siltuma vadības prasības kļūst nozīmīgākas.

2. IGCT tehniskās īpašības

IGCT ir jaunās paaudzes augstas jaudas pusvadītāju ierīce, kas izstrādāta no GTO (vārtu izslēdzamā tiristora) tehnoloģijas. Tā apvieno tiristoru zemos vadīšanas zudumus ar pilnīgi regulējamu pusvadītāju ierīču kontrolējamu izslēgšanās spēju.

Galvenās IGCT priekšrocības ir augsta sprieguma izturība, ārkārtīgi augsta strāvas izturība, augsta uzticamība un zemi vadīšanas zudumi.

IGCT priekšrocības:

1. Izcilas augstas jaudas iespējas

Salīdzinot ar parastajām IGBT moduļiem, IGCT var izturēt daudz augstākus sprieguma un strāvas līmeņus. Vidēja sprieguma un augstas jaudas pārveidošanas sistēmās IGCT var samazināt nepieciešamo pusvadītāju ierīču skaitu, vienkāršojot visu jaudas shēmu.

2. Zems vadības zudumi

Tā kā IGCT balstīts uz tiristoru struktūru, tam ir ļoti zems ieslēgtā stāvokļa sprieguma kritums. Ilgstošas darbības laikā ar augstu strāvu tas ievērojami samazina jaudas zudumus un uzlabo vispārējo sistēmas efektivitāti.

3. Augsta sistēmas uzticamība

Tā kā nepieciešams mazāks pusvadītāju ierīču skaits, elektrisko savienojumu un potenciālo atteikumu punktu skaits var tikt samazināts. Tas nodrošina priekšrocības augstas jaudas sistēmās, kurām nepieciešams ilgs ekspluatācijas laiks un augsta uzticamība.

IGCT ierobežojumi:

IGCT ir arī vairāki ierobežojumi:

• Tā pārslēgšanās frekvence ir zemāka nekā IGBT, tādēļ tā nav piemērota lietojumiem, kuros nepieciešama augstfrekvences PWM vadība;

• Vārtu vadības sistēma ir prasīgāka un prasa zemas induktivitātes, augstas veiktspējas projektējumu;

• Salīdzinot ar IGBT, piegādātāju bāze un pielietojumu ekosistēma ir mazāka.

3. Lietojuma izmaksu salīdzinājums

Salīdzinot IGBT un IGCT, nav jāņem vērā tikai viena pusvadītāja ierīces cena. Jāņem vērā arī kopējā sistēmas izmaksas, tostarp dizaina sarežģītība, efektivitāte, dzesēšanas prasības un ekspluatācijas laikā radzamās izmaksas.

3.1 Vidējas un zemas jaudas lietojumprogrammas

Lietojumprogrammām, kuru jauda ir no vairākām kilovatiem līdz vairākām megavatiem, IGBT parasti nodrošina augstāku izmaksu efektivitāti tāpēc, ka:

• Komponentu cena ir zemāka;

• Vārtu vadības shēmas dizains ir vienkāršāks;

• Vadības tehnoloģija ir nobriedusi;

• Produkti ir plaši pieejami un tiek sniegta spēcīga piegādes ķēdes atbalsta.

Tāpēc IGBT ir kļuvis par galveno risinājumu rūpnieciskajiem invertoriem, atjaunojamās enerģijas pārveidotājiem, elektrodzinējiem un daudzām rūpnieciskām enerģijas sistēmām.

3.2 Augstas jaudas lietojumprogrammas

Kad sistēmas jauda sasniedz desmitus megavatu vai vairāk, IGCT var sniegt priekšrocības kopējās sistēmas izmaksās:

• Viena IGCT ierīce var apstrādāt daudz lielāku jaudu;

• Ir nepieciešams mazāk pusvadītāju ierīču;

• Jaudas shēma kļūst vienkāršāka;

• Dzesēšanas sistēmas prasības var samazināt;

• Ilgtermiņa ekspluatācijas zudumi var būt zemāki.

Lai gan vienas IGCT ierīces vienības cena parasti ir augstāka nekā standarta IGBT modulis , IGCT var piedāvāt konkurences priekšrocības, ņemot vērā lielu rūpniecisko iekārtu kopējo dzīves cikla izmaksu (LCC).

Tipiskas lietojumprogrammas ietver augstas jaudas vienādmērīgās strāvas pārveidotāju sistēmas, vidējas sprieguma piedziņas, elektrotīkla aprīkojumu, metalurģiju, elektrolīzi un liela mēroga ūdeņraža ražošanas sistēmas.

4. IGBT un IGCT izvēles principi

IGBT un IGCT nav vienkārši viens otram aizvietojami risinājumi. Izvēle galvenokārt ir atkarīga no jaudas līmeņa, ekspluatācijas apstākļiem, pārslēgšanas prasībām un ekonomiskajiem apsvērumiem.

5. Secinājums

IGBT atspoguļo attīstības virzienu augsta efektivitāte, augsta frekvence un modulāra enerģijas elektronikas tehnoloģija . Tā īpaši piemērota vidējas jaudas lietojumiem, kuros nepieciešama ātra pārslēgšanās un precīza vadība.

IGCT apzīmē ultraaugstas jaudas, augstas uzticamības un zemu zudumu enerģijas pārveidošanas tehnoloģijas attīstības virzienu . Tā nodrošina unikālas priekšrocības lietojumos, kuros nepieciešams ļoti augsts strāvas stiprums, augsts spriegums un nepārtraukta darbība.

Starpsavienojuma IGBT un IGCT nav universāla aizvietošanas attiecība. Optimālais izvēles variants ir atkarīgs no konkrētajām lietojuma prasībām. Aprīkojuma ražotājiem pusvadītāju izvēle nevajadzētu balstīties tikai uz ierīces iegādes cenām, bet gan jāņem vērā kopējā sistēmas efektivitāte, uzticamība, apkopēs nepieciešamība un kopējās ekspluatācijas laika izmaksas.