توضیح دقیق فناوری تراشه IGBT: چرا به آن "فناوری هسته ای" در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی می گویند

انواع مختلفی از تراشهها وجود دارد. امروز میخواهم نوعی از IGBT (ترانزیستور دوقطبی با گیت عایقبندی شده) را معرفی کنم که ارتباط نزدیکی با زندگی ما دارد. این تراشه به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده میشود. 
   
IGBT تراشهای است که برای کنترل خروجی موتور AC وسایل نقلیه الکتریکی، لوکوموتیوهای راهآهن و واحدهای چندگانه استفاده میشود. IGBT مستقیماً تبدیل بین جریان مستقیم و جریان متناوب را کنترل میکند، که گشتاور سیستم محرک و حداکثر توان خروجی را تعیین میکند. بنابراین، توانایی شتاب، حداکثر سرعت و بهره وری انرژی ماشین شما همه به آن بستگی دارد. IGBT حدود نیمی از هزینه سیستم محرک موتور و 5٪ از کل هزینه خودرو را تشکیل میدهد و دومین جزء گرانقیمت کل وسیله نقلیه الکتریکی است (اولین جزء گرانقیمت، باتری است). اغراق نیست اگر بگوییم این «فناوری اصلی» در زمینه خودروهای الکتریکی است. از نظر ساختاری، IGBT سه جهت اصلی توسعه دارد: 1. ساختار عمودی IGBT: نوع NPT با کلکتور غیرشفاف، نوع PT با لایه بافر، نوع NPT با کلکتور شفاف و نوع قطع میدان الکتریکی FS؛ 2. ساختار گیت IGBT: مکانیزم گیت مسطح و ساختار ترانشه ای؛ ۳. فناوری پردازش ویفر سیلیکون: فناوری رشد اپیتاکسیال، ذوب ناحیهای تک کریستال سیلیکون؛ با توجه به فناوری بستهبندی، ماژولهای IGBT را میتوان به دو نوع تقسیم کرد: نوع جوشکاری و نوع پرس. به طور کلی، ماژولهای IGBT ولتاژ بالا عمدتاً با لحیمکاری استاندارد بستهبندی میشوند، در حالی که ماژولهای IGBT ولتاژ متوسط و پایین دارای فناوریهای جدید بسیاری مانند لحیمکاری با تفجوشی و اتصال سیم با تماس فشاری هستند. با توسعه مداوم فناوری تراشه IGBT، بالاترین دمای اتصال کاری و چگالی توان تراشه به طور مداوم در حال افزایش است و فناوری ماژول IGBT نیز باید با آن سازگار شود. در آینده، فناوری ماژول IGBT در زمینههای «جوشکاری و تعمیر پشت تراشه» و «اتصال الکترودهای جلویی» بهبود خواهد یافت. زمینههای کاربردی اصلی IGBT به عنوان قطعه اصلی دستگاههای نیمههادی قدرت جدید، IGBT به طور گسترده در زمینههای صنعتی سنتی مانند صنعت، 4C (ارتباطات، کامپیوتر، لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم الکترونیکی خودرو)، هوافضا و همچنین زمینههای صنعتی نوظهور استراتژیک مانند حمل و نقل ریلی، انرژیهای نو، شبکه هوشمند و وسایل نقلیه انرژی نو مورد استفاده قرار گرفته است. 1. ماژول IGBT خودروی انرژی نو نقش حیاتی در خودروهای الکتریکی ایفا میکند و جزء اصلی فنی خودروهای الکتریکی و شمع شارژ است. ماژولهای IGBT تقریباً 10٪ از هزینه خودروهای برقی و حدود 20٪ از هزینه شمعهای شارژ را تشکیل میدهند. IGBT عمدتاً در جنبههای زیر در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی استفاده میشود: الف) سیستم کنترل الکتریکی، موتور خودرو را پس از اینورتر DC/AC پرقدرت به حرکت در میآورد؛ ب) اینورتر جریان مستقیم/جریان متناوب (DC/AC) کمقدرت سیستم کنترل تهویه مطبوع نصب شده روی خودرو، با استفاده از IGBT و FRD؛ با جریان کم؛ ج) ماژول IGBT در شمع شارژ هوشمند شمع شارژ به عنوان عنصر سوئیچینگ استفاده میشود؛ 2. IGBT شبکه هوشمند به طور گسترده در بخش تولید برق، انتقال برق، تبدیل برق و مصرف برق شبکه هوشمند استفاده میشود. از سمت تولید برق، ماژولهای IGBT برای یکسوکنندهها و اینورترها در تولید برق بادی و تولید برق فتوولتائیک مورد نیاز هستند. از طرف انتقال، فناوری انتقال انعطافپذیر FACTS در انتقال UHVDC به تعداد زیادی از دستگاههای قدرت مانند IGBT نیاز دارد. از سمت پست، IGBT قطعه کلیدی ترانسفورماتور الکترونیک قدرت (PET) است. از نظر مصرف برق، تقاضای زیادی برای IGBT برای برق سفید خانگی، اجاقهای مایکروویو، درایورهای روشنایی LED و غیره وجود دارد. 3. دستگاههای IGBT حمل و نقل ریلی به دستگاههای الکترونیک قدرت اصلی برای مبدلهای کششی و مبدلهای کمکی مختلف وسایل نقلیه حمل و نقل ریلی تبدیل شدهاند. فناوری درایو AC یکی از فناوریهای اصلی حمل و نقل ریلی مدرن است. در سیستم درایو AC، مبدل کششی جزء کلیدی است و IGBT یکی از اجزای اصلی مبدل کششی است.