Semua tentang IGBT

Dapur Induksi Moden

Masakan aruhan telah menggantikan pemanasan tradisional dengan memindahkan tenaga haba ke bahagian bawah kuali/periuk melalui elemen pemanas elektrik. Ia beroperasi berdasarkan prinsip arus teraruh yang beredar di dalam bahagian bawah periuk. Untuk bahagian atas dapur aruhan berfungsi dengan baik, bahagian bawah periuk mestilah rapat secara fizikal dengan gegelung, dan hanya logam tertentu yang sesuai - yang mempunyai kebolehtelapan magnet yang tinggi.

Prinsipnya adalah serupa dengan pengubah kuasa biasa, dengan gegelung sebagai primer dan bawah periuk sebagai sekunder. Ia berkongsi banyak persamaan dengan teknologi pengecasan aruhan moden juga.

Haba yang diperlukan untuk memanaskan periuk datang daripada arus pusar yang beredar di lapisan bawah atau, lebih khusus, daripada rintangan yang ditawarkan oleh aliran arus ini. Melalui gandingan induktif, kira-kira 90% tenaga dipindahkan untuk menjana haba dalam periuk. Dapur atas kaca licin biasa hanya boleh menghantar kira-kira 70% tenaga, mengakibatkan pengurangan tiga kali ganda dalam kerugian.

Topologi yang digunakan tidak jauh berbeza dengan litar kimpalan. Kuasa AC utama dibetulkan dan memacu bekalan kuasa tambahan kecil untuk penyongsang dan pengawal. Penyongsang menginduksi arus ke dalam gegelung kuprum, mewujudkan medan elektromagnet yang mendorong arus pusar dalam periuk. Haba yang dijana adalah sama dengan rintangan bahagian bawah periuk didarab dengan kuasa dua arus teraruh - dikenali sebagai "kesan Joule

Rajah 5: Gambaran Keseluruhan Litar Permasak Induksi Biasa

Tidak seperti mesin kimpalan, skema kawalan untuk bahagian atas dapur aruhan biasanya merupakan skema variasi frekuensi. Walaupun ini adalah kaedah yang mudah, cabarannya terletak pada mengawal julat frekuensi yang diperlukan untuk kuasa output pada julat yang luas.

Walaupun pada frekuensi tinggi yang diperlukan untuk bahagian atas dapur aruhan, litar penukar resonans boleh beroperasi dengan kecekapan tinggi. Oleh itu, penukar litar resonan biasanya digunakan untuk aplikasi ini, terutamanya penukar separuh jambatan (RHB) resonan dan penyongsang kuasi resonan (QR). Penukar RHB amat digemari kerana keupayaan mereka untuk mengendalikan pelbagai beban. Teknik kawalan lanjutan seperti pensuisan arus sifar (ZCS) atau pensuisan voltan sifar (ZVS) biasanya digunakan untuk memastikan kehilangan kuasa pada tahap minimum.

Rajah 6: Contoh Tipikal Topologi RHB dan QR

Disebabkan oleh keberkesanan kos topologi ini, penukar QR sering digunakan dalam aplikasi atas dapur aruhan kuasa rendah (di bawah kuasa puncak 2W).

Penyongsang solar dan UPS

Apabila menggunakan topologi separuh jambatan dalam aplikasi yang memerlukan penukaran pantas, terdapat banyak cabaran, termasuk:

- Hanya dua voltan keluaran boleh dicapai

- Kerugian penukaran boleh menjadi ketara

- Memandu pagar besar boleh mencabar

- Tekanan komponen menjejaskan kebolehpercayaan

- Peningkatan arus riak dan EMI memerlukan penapisan yang meluas

- Tidak serasi dengan bas DC voltan tinggi

- Reka bentuk terma bukan perkara remeh

Dalam aplikasi moden, topologi HB digantikan dengan aplikasi kritikal seperti Uninterruptible Power Supplies (UPS) dan penyongsang fotovoltaik solar (PV). Topologi tiga peringkat menjadi dominan, dikenali sebagai I-Type dan T-Type.

Terdapat banyak aspek yang memerlukan penambahbaikan, termasuk mengurangkan voltan merentasi peranti aktif untuk mengurangkan kerugian, mengurangkan herotan harmonik dan membenarkan penggunaan komponen yang lebih kecil. Paling penting, topologi ini boleh mengurangkan kehilangan pensuisan dengan ketara, mencapai kecekapan sehingga 98% apabila menukar pada frekuensi tinggi antara 16 kHz hingga 40 kHz.

Rajah 7: Topologi Penukar I-Type dan T-Type mempunyai banyak kelebihan berbanding HB

Melihat Masa Depan

Walaupun sesetengah mungkin melihat teknologi IGBT sebagai "tradisional," ia masih memainkan peranan penting dalam aplikasi kuasa tinggi (voltan tinggi/semasa). Teknologi IGBT terus berkembang, dengan nilai Vcesat menghampiri 1V, dan penambahbaikan struktur meningkatkan ketumpatan dan mengurangkan kerugian.

Seperti biasa, apabila menggunakan IGBT, pereka bentuk mesti mempunyai pemahaman penuh tentang keperluan aplikasi mereka dan memilih topologi yang sesuai untuk memastikan hasil dan prestasi yang optimum.