شرح تفصيلي لتقنية رقاقة IGBT: لماذا يطلق عليها "التقنية الأساسية" في مجال السيارات الكهربائية

هناك أنواع مختلفة من الرقاقات. اليوم، أود أن أقدم لكم نوعًا من ترانزستور IGBT (ترانزستور ثنائي القطب ذو بوابة معزولة)، وهو مرتبط ارتباطًا وثيقًا بحياتنا. تُستخدم هذه الرقاقة على نطاق واسع في المركبات الكهربائية. 
   
IGBT عبارة عن شريحة تستخدم للتحكم في مخرجات محرك التيار المتردد للسيارات الكهربائية وقاطرات السكك الحديدية والوحدات المتعددة. يتحكم IGBT بشكل مباشر في التحويل بين التيار المستمر والتيار المتناوب، مما يحدد عزم دوران نظام القيادة وأقصى طاقة خرج. لذا، فإن قدرة سيارتك على التسارع والسرعة القصوى وكفاءة الطاقة كلها تعتمد عليها. تمثل تقنية IGBT حوالي نصف تكلفة نظام تشغيل المحرك، حيث تمثل 5% من إجمالي تكلفة السيارة، وهي ثاني أغلى مكون في السيارة الكهربائية بأكملها (أول أعلى تكلفة هي البطارية). وليس من المبالغة القول إن هذه هي "التكنولوجيا الأساسية" في مجال السيارات الكهربائية. من الناحية الهيكلية، يوجد لـ IGBT ثلاثة اتجاهات تطوير رئيسية: 1. 2. البنية الرأسية لـ IGBT: نوع NPT مع جامع غير شفاف، نوع PT مع طبقة عازلة، نوع NPT مع جامع شفاف ونوع قطع المجال الكهربائي FS؛ هيكل بوابة IGBT: آلية البوابة المستوية وهيكل الخندق؛ 3. تكنولوجيا معالجة رقاقة السيليكون: تكنولوجيا النمو الطبقي، بلورة السيليكون المنصهرة بالمنطقة؛ وفقًا لتكنولوجيا التعبئة والتغليف، يمكن تقسيم وحدات IGBT إلى نوعين: نوع اللحام ونوع الضغط. بشكل عام، يتم تعبئة وحدات IGBT ذات الجهد العالي بشكل أساسي عن طريق اللحام القياسي، في حين تحتوي وحدات IGBT ذات الجهد المتوسط والمنخفض على العديد من التقنيات الجديدة، مثل اللحام عن طريق التلبيد وربط الأسلاك عن طريق ملامسة الضغط. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا شريحة IGBT، تتزايد باستمرار درجة حرارة الوصلة العاملة وكثافة الطاقة للشريحة، ويجب أن تتكيف تكنولوجيا وحدة IGBT معها أيضًا. في المستقبل، سيتم تحسين تكنولوجيا وحدة IGBT حول "لحام وتثبيت الجزء الخلفي من الشريحة" و"الربط بين الأقطاب الكهربائية الأمامية". مجالات التطبيق الرئيسية لـ IGBT بصفته الجهاز الرئيسي لأجهزة أشباه الموصلات الجديدة للطاقة، تم استخدام IGBT على نطاق واسع في المجالات الصناعية التقليدية مثل الصناعة، 4C (الاتصالات، الكمبيوتر، الإلكترونيات الاستهلاكية، إلكترونيات السيارات)، الفضاء، بالإضافة إلى المجالات الصناعية الناشئة الإستراتيجية مثل النقل بالسكك الحديدية، الطاقة الجديدة، الشبكة الذكية ومركبات الطاقة الجديدة. 1. تلعب وحدة IGBT في المركبات ذات الطاقة الجديدة دورًا حيويًا في المركبات الكهربائية، وهي المكون الفني الأساسي للمركبة الكهربائية وكومة الشحن. تمثل وحدات IGBT ما يقرب من 10% من تكلفة المركبات الكهربائية وحوالي 20% من تكلفة أكوام الشحن. يستخدم IGBT بشكل أساسي في الجوانب التالية في مجال المركبات الكهربائية: أ) نظام التحكم الكهربائي يحرك محرك السيارة بعد عاكس DC / AC عالي الطاقة ؛ ب) عاكس تيار مستمر / تيار متردد منخفض الطاقة (DC / AC) لنظام التحكم في تكييف الهواء المثبت على المركبة ، باستخدام IGBT و FRD ؛ مع تيار منخفض ؛ ج) يتم استخدام وحدة IGBT في كومة الشحن الذكية لكومة الشحن كعنصر تبديل ؛ 2. يتم استخدام IGBT في الشبكة الذكية على نطاق واسع في نهاية توليد الطاقة، نهاية النقل، نهاية التحويل ونهاية استهلاك الطاقة في الشبكة الذكية. من ناحية توليد الطاقة، هناك حاجة إلى وحدات IGBT للمقومات والعاكسات في توليد طاقة الرياح وتوليد الطاقة الكهروضوئية. من ناحية النقل، تحتاج تقنية النقل المرنة FACTS في نقل UHVDC إلى عدد كبير من أجهزة الطاقة مثل IGBT. من جانب المحطة الفرعية، يعد IGBT الجهاز الرئيسي لمحول الطاقة الإلكتروني (PET). من ناحية استهلاك الطاقة، هناك طلب كبير على IGBT للكهرباء البيضاء المنزلية، وأفران الميكروويف، وبرامج تشغيل الإضاءة LED، وما إلى ذلك. 3. أصبحت أجهزة IGBT هي الأجهزة الإلكترونية الرئيسية للطاقة لمحولات الجر والمحولات المساعدة المختلفة لمركبات النقل بالسكك الحديدية. تعد تكنولوجيا محرك التيار المتردد إحدى التقنيات الأساسية في النقل بالسكك الحديدية الحديثة. في نظام محرك التيار المتردد، يعد محول الجر هو المكون الرئيسي، ويعتبر IGBT أحد المكونات الأساسية لمحول الجر.