IGBT کے بارے میں سب کچھ

اگرچہ کچھ لوگ IGBT کو "روایتی" ٹیکنالوجی کے طور پر غور کر سکتے ہیں، لیکن یہ اب بھی ہائی پاور ایپلی کیشنز میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔

آج، سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں زیادہ تر خبریں اور مباحثے نئے وسیع بینڈ گیپ (WBG) مواد جیسے کہ سلکان کاربائیڈ (SiC) اور گیلیم نائٹرائڈ (GaN) پر مبنی آلات کے گرد گھومتے ہیں۔ تاہم، صرف چند سال پہلے، بہت سی ایپلی کیشنز کے لیے ترجیحی حل انسولیٹڈ گیٹ بائپولر ٹرانزسٹر (IGBT) تھا۔

اب بھی درمیانے درجے سے لے کر ہائی پاور ایپلی کیشنز کی موجودگی ہے جو IGBTs کو استعمال کرتی ہے، اور آلات خود تیار ہوتے رہتے ہیں۔ اس مضمون میں، ہم IGBTs کی تفصیلات کا جائزہ لیں گے اور ان کی موجودہ اور ابھرتی ہوئی ایپلی کیشنز کو تلاش کریں گے۔

IGBT: جسمانی ساخت

IGBT ایک سیمی کنڈکٹر ٹرانزسٹر یا سوئچ ہے جو سیمی کنڈکٹر میٹریلز (PNPN) کی چار متبادل تہوں پر مشتمل ہے۔ جب آلہ کے گیٹ پر صحیح وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، تو یہ کرنٹ کو بہنے دیتا ہے- جب وولٹیج ہٹا دیا جاتا ہے تو یہ ترسیل رک جاتی ہے۔

اپنے قیام کے بعد سے، IGBT مسلسل تطہیر اور بہتری سے گزرا ہے، خاص طور پر سوئچنگ کے نقصانات کو کم کرنے اور پتلے ڈھانچے بنانے میں۔ آج کل، IGBTs عام طور پر ایک کھائی گیٹ کو فیلڈ اسٹاپ ڈھانچے کے ساتھ شامل کرتے ہیں تاکہ آلہ کے اندر طفیلی NPN خصوصیات کو دبایا جاسکے۔ ایک بار حاصل کرنے کے بعد، ترسیل کے نقصانات اور سنترپتی وولٹیج کم ہو جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں بجلی کی کثافت میں اضافہ جیسے فوائد ہوتے ہیں۔

شکل 1: ٹرینچ چینل کٹ آف کے ساتھ فیلڈ اسٹاپ IGBT کی ساخت

IGBT استعمال اور تکنیکی مثالیں۔

IGBT مختلف شعبوں میں وسیع ایپلی کیشنز تلاش کرتا ہے، بشمول سولر انورٹرز، انرجی سٹوریج سسٹم، بلاتعطل بجلی کی فراہمی (UPS)، موٹر ڈرائیوز، الیکٹرک وہیکل چارجرز، صنعتی ویلڈنگ، اور گھریلو آلات۔ عام طور پر، ٹاپولوجی کا ڈھانچہ خاص طور پر کسی خاص ایپلی کیشن کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے منتخب کیا جاتا ہے۔ آئیے کچھ مشہور ایپلی کیشنز کا موازنہ اور ان کے برعکس کریں۔

صنعتی ویلڈنگ

اعلیٰ معیار کی ویلڈنگ کی مانگ کو مدنظر رکھتے ہوئے، اسے ویلڈنگ کے عمل پر قطعی کنٹرول کی ضرورت ہے۔ لہذا، عام طور پر عام ویلڈنگ ٹرانسفارمرز کے بجائے انورٹرز استعمال کیے جاتے ہیں کیونکہ ڈی سی آؤٹ پٹ کرنٹ ضروری درستگی حاصل کر سکتا ہے۔

ایک حفاظتی پہلو بھی ہے کیونکہ ڈی سی کرنٹ کو عام طور پر محفوظ سمجھا جاتا ہے۔ صارف کے نقطہ نظر سے، انورٹرز ٹرانسفارمرز کے مقابلے میں چھوٹے اور ہلکے ہوتے ہیں، جو ویلڈنگ مشینوں کو زیادہ پورٹیبل اور استعمال میں آسان بناتے ہیں۔

ایک عام ویلڈنگ مشین میں، سنگل فیز یا تھری فیز اے سی پاور کو ڈی سی بس وولٹیج بنانے کے لیے درست کیا جاتا ہے۔ ریکٹیفائر چھوٹے کنورٹرز کو بھی طاقت دیتا ہے جو کنٹرول یونٹ کے لیے مطلوبہ وولٹیج پیدا کرتے ہیں۔ DC بس وولٹیج انورٹر کو طاقت دیتا ہے، جس میں عام طور پر تقریباً 30 VDC کا برائے نام آؤٹ پٹ وولٹیج ہوتا ہے۔ تاہم، آپریشن کے دوران، اوپن سرکٹ لوڈ کے حالات میں، ویلڈنگ آرک کو متحرک کرنے پر وولٹیج دوگنا اور تقریباً 0V (اصل میں شارٹ سرکٹ) تک گر سکتا ہے۔"

شکل 2: ایک عام ویلڈنگ مشین کا جائزہ

بہت سے مختلف ٹوپولوجی ڈھانچے انورٹر پر مبنی ویلڈنگ مشینوں کے لیے موزوں ہیں۔ تاہم، سب سے زیادہ عام میں فل برج (FB)، ہاف برج (HB)، اور دو سوئچ فارورڈ شامل ہیں۔ FB اور HB ٹوپولاجیز میں، سوئچنگ فریکوئنسی عام طور پر دسیوں kHz کی حد میں ہوتی ہے، عام طور پر تقریباً 20 - 50 kHz۔ ڈیوٹی سائیکل کو لوڈ لیول اور آؤٹ پٹ وولٹیج کی بنیاد پر کنٹرول کیا جاتا ہے۔ کنٹرول اسکیموں کے لحاظ سے، یہ اکثر مستقل کرنٹ ہوتا ہے۔

شکل 3: عام ٹوپولاجیز میں FB، HB، اور ٹو-سوئچ فارورڈ شامل ہیں۔

صنعتی موٹر ڈرائیور

سب سے زیادہ عام صنعتی ایپلی کیشنز میں سے ایک صنعتی موٹر ڈرائیور ہے، جو روبوٹ، بڑی مشینری، یا بہت سے دوسرے موشن پر منحصر ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ زیادہ تر موٹر ڈرائیور ایپلی کیشنز کو HB کے طور پر ترتیب دیا گیا ہے، 2 kHz اور 15 kHz کے درمیان تعدد کے ساتھ۔ نتیجے میں آؤٹ پٹ وولٹیج سوئچ کی حیثیت اور موجودہ polarity پر منحصر ہے.

شکل 4: ہاف برج ٹوپولوجی مثبت اور منفی آؤٹ پٹ کرنٹ کو ظاہر کرتی ہے۔

موٹر ایک آگماتی بوجھ ہے، اس لیے کرنٹ تیزی سے بڑھتا ہے۔ جب مثبت کرنٹ بہتا ہے (Ig > 0)، ہائی سائیڈ ٹرانزسٹر (T1) آن ہوتا ہے اور لوڈ (Vg) کو توانائی فراہم کرتا ہے۔ تاہم، اگر لوڈ کرنٹ Ig مخالف سمت (منفی قطبیت) میں بہتا ہے، تو کرنٹ D1 کے ذریعے واپس بہتا ہے، توانائی کو DC ماخذ میں واپس کرتا ہے۔

اگر لو سائیڈ ٹرانزسٹر چلاتا ہے (T4 آن ہے) اور ہائی سائیڈ ٹرانزسٹر (T1) آف ہے تو، Vbus (-Vbus/2) کے نصف کے برابر وولٹیج لوڈ پر لاگو ہوتا ہے، کرنٹ کو کم کرتا ہے۔ اگر Ig صفر سے زیادہ ہے، تو کرنٹ D4 سے گزرتا ہے، توانائی کو بس کے منبع میں واپس کرتا ہے۔

جاری ہے...