1 परिचय

क्योंकिआईजीबीटीहैस्विचअपनी उच्च आवृत्ति, कम चालकता ऊर्जा खपत और सुविधाजनक गेट नियंत्रण के कारण, इसका व्यापक रूप से उच्च-शक्ति रूपांतरण प्रणालियों में उपयोग किया जाता है। आईजीबीटी अनुप्रयोगों में, इसके स्वयं के तकनीकी स्तर के अलावा, एक अन्य महत्वपूर्ण कारक जिस पर विचार करना आवश्यक है, वह है इसके ड्राइवर का डिज़ाइन तर्कसंगत और विश्वसनीय है या नहीं। आईजीबीटी ड्राइव एक पावर स्रोत के रूप में कार्य करता है।सर्किटनियंत्रक और के बीचइंटरफेससर्किट का सीधा संबंध सिस्टम की बिजली खपत और विश्वसनीयता से है। पावर कन्वर्जन सिस्टम में एक अनुकूलित ड्राइवर अनिवार्य है। उपयुक्त ड्राइवर सर्किट का चयन समग्र कनवर्टर समाधान की विश्वसनीयता से गहराई से जुड़ा हुआ है।

ड्राइवर मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन कार्य करता है। पहला कार्य है ड्राइविंग फ़ंक्शन, जो आईजीबीटी स्विच के लिए पर्याप्त ड्राइव प्रदान करता है।वर्तमानयह सुनिश्चित करने के लिए कि आईजीबीटी को इसके नियंत्रण में विश्वसनीय रूप से चालू और बंद किया जा सके; दूसरा, ड्राइवर में एक सुरक्षा फ़ंक्शन होना चाहिए। जब ​​आईजीबीटी में कोई समस्या आती हैलघु परिपथया फिर जब बिजली का करंट अधिक हो जाता है, तो ड्राइवर बिजली उपकरण की सुरक्षा के लिए आईजीबीटी को कम से कम समय में बंद कर सकता है।इसके अतिरिक्त, उच्च वोल्टेज और उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों में, ड्राइवर, नियंत्रण परिपथ और विद्युत परिपथ के बीच एक कनेक्टिंग ब्रिज के रूप में, विद्युत पृथक्करण का कार्य अवश्य ही करना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि नियंत्रण परिपथ विद्युत परिपथ से प्रभावित न हो और उसमें कोई हस्तक्षेप न हो।उपरोक्त तीनों कार्यों को पूरा करने की शर्त पर, चालक को लचीलेपन, प्रदर्शन और कीमत के बीच के संबंध पर भी विचार करना चाहिए।

IGBT की अलग-अलग करंट क्षमता और वोल्टेज स्तरों के कारण, इसके ड्राइवरों के लिए तकनीकी आवश्यकताओं में भी अंतर होता है। कम-शक्ति वाले अनुप्रयोगों में, क्योंकि ड्राइविंग करंट अपेक्षाकृत कम होता है, इसलिए ज्यादातर एकीकृत ड्राइवरों का उपयोग किया जाता है। उच्च-शक्ति और उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों में, जैसे कि उच्च-शक्ति UPS पावर सप्लाई, उच्च-वोल्टेजआवृत्ति कनवर्टरइसके लिए ड्राइवर को अधिक ड्राइव करंट, उच्च आइसोलेशन वोल्टेज और अधिक व्यापक सुरक्षा सुविधाएँ प्रदान करने की आवश्यकता होती है। यह लेख वर्तमान में बाजार में उपलब्ध आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले उच्च-शक्ति IGBT ड्राइव मॉड्यूल, जैसे कि सेमिक्रॉन का SKHI22 और कॉन्सेप्ट का 2SD315A आदि पर केंद्रित है, और उनकी कुछ सामान्य तकनीकी विशेषताओं, डिज़ाइन बिंदुओं और उच्च-शक्ति IGBT ड्राइव प्रौद्योगिकी के भविष्य के विकास रुझानों का विश्लेषण करता है।

2 तकनीकी विशेषताओं का विश्लेषण

2.1 सिग्नल प्रोसेसिंग के संपूर्ण कार्य

उच्च वोल्टेज और उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों में, स्विच द्वारा उत्पन्न तीव्र हस्तक्षेप और आईजीबीटी की उच्च लागत जैसे कारकों को ध्यान में रखते हुए, आईजीबीटी ड्राइव सिग्नल की विश्वसनीयता सुनिश्चित करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसलिए, उच्च शक्ति वाले आईजीबीटी ड्राइव मॉड्यूल में आमतौर पर एक पूर्ण ड्राइव पल्स सिग्नल प्रीप्रोसेसिंग फ़ंक्शन होता है, जिसका उद्देश्य आईजीबीटी गेट के पल्स सिग्नल की विश्वसनीयता सुनिश्चित करना है। सामान्य ड्राइव सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन निम्नलिखित हैं:

(1) दोहरे चैनल पल्स इंटरलॉकिंग फ़ंक्शन

जब ड्राइव मॉड्यूल एक ही ब्रिज आर्म पर ऊपरी और निचले आईजीबीटी को नियंत्रित करने के लिए दो पल्स सिग्नल आउटपुट करता है, तो यदि ड्राइव सिग्नल एक ही समय में दो आईजीबीटी के संचालन को नियंत्रित करता है, तो एक थ्रू शॉर्ट सर्किट हो जाएगा, जिससे आईजीबीटी या अन्य उपकरणों को नुकसान हो सकता है। इस स्थिति को रोकने के लिए, ड्राइवर मॉड्यूल के अंदर एक सिग्नल इंटरलॉक सर्किट डिज़ाइन किया गया है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि जब दो इनपुट पल्स सिग्नल एक ही समय में हाई हों, तो दो आउटपुट भी एक ही समय में लो हों, जिससे शॉर्ट सर्किट को रोका जा सके। जब दोहरे ड्राइव सिग्नलों के स्वतंत्र नियंत्रण की आवश्यकता होती है, तो इंटरलॉकिंग फ़ंक्शन को बाहरी टर्मिनलों के माध्यम से भी शील्ड किया जा सकता है।

(2) संकीर्ण पल्स दमन फ़ंक्शन

कंट्रोल सर्किट या इंटरफेरेंस आदि के कारण उत्पन्न होने वाला संकीर्ण पल्स सिग्नल ड्राइवर के माध्यम से IGBT के गेट में जुड़ जाता है, जिससे IGBT की स्विचिंग प्रक्रिया कम समय में पूरी हो सकती है। बहुत छोटा पल्स सिग्नल होने से IGBT पूरी तरह से चालू होने से पहले ही बंद हो जाता है, जिसका कनवर्टर के आउटपुट पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है, IGBT का स्विचिंग लॉस बढ़ जाता है और सिस्टम की दक्षता कम हो जाती है। संकीर्ण पल्स सिग्नल को हटाने के लिए ड्राइवर में एक फिल्टर सर्किट डिजाइन किया गया है, जो IGBT की विश्वसनीयता को बेहतर बनाने में सहायक है।

(3) डेड टाइम सेटिंग फ़ंक्शन

हाफ-ब्रिज वर्किंग मोड में, दोनों आईजीबीटी को बारी-बारी से चालू करना आवश्यक है। स्विचिंग प्रक्रिया के दौरान दोनों आईजीबीटी को एक साथ चालू होने से रोकने के लिए, दोनों ट्यूबों को बारी-बारी से चालू करते समय एक निश्चित डेड टाइम जोड़ना आवश्यक है। अलग-अलग विशेषताओं वाले आईजीबीटी के अनुसार, डेड टाइम भिन्न होता है। डुअल-चैनल हाई-पावर ड्राइव मॉड्यूल में, एक डेड ज़ोन कंट्रोल सर्किट आंतरिक रूप से डिज़ाइन किया गया है, और डेड ज़ोन के आकार को बाहरी टर्मिनलों के विभिन्न कनेक्शन तरीकों, जैसे कि अलग-अलग क्षमता वाले बाहरी टर्मिनलों को जोड़कर, समायोजित किया जा सकता है।समाई(2sd106) या उच्च और निम्न स्तर (skhi22a/b)।

चित्र 1 सेमीक दिखाता हैरॉमकंपनी के आईजीबीटी हाई-पावर ड्राइवर [3] के सिग्नल प्रोसेसिंग ब्लॉक आरेख में विभिन्न सिग्नल प्रोसेसिंग कार्यात्मक मॉड्यूल शामिल हैं, जिनका उद्देश्य आईजीबीटी ड्राइव सिग्नल की विश्वसनीयता सुनिश्चित करना है।

2.2 ड्राइविंग संकेतों की पृथक संचरण विधि

यह देखते हुए कि उच्च-वोल्टेज और उच्च-शक्ति IGBT ड्राइवर उच्च-वोल्टेज वातावरण में काम करता है, नियंत्रक को उच्च-वोल्टेज से प्रभावित होने से बचाने के लिए, ड्राइव पल्स सिग्नल को पृथक किया जाना चाहिए और फिर IGBT के गेट तक प्रेषित किया जाना चाहिए। सामान्य पृथक्करण विधियों में ऑप्टिकल पृथक्करण और चुंबकीय पृथक्करण शामिल हैं। ऑप्टिकल पृथक्करण में निम्नलिखित शामिल हैं:optocouplerअलगाव औरप्रकाशित तंतुIsolation, optocoupler isolation method has problems such as transmission delay, aging and reliability due to the relatively low isolation voltage. It is rarely used in high-voltage applications where the DC bus voltage exceeds 800v. And adoptपल्स ट्रांसफार्मरपृथक्करण विधि (चुंबकीय पृथक्करण) अपेक्षाकृत उच्च पृथक्करण वोल्टेज प्राप्त कर सकती है, औरट्रांसफार्मरइसमें उच्च विश्वसनीयता, कम संचरण विलंब, उच्च स्विचिंग आवृत्ति प्राप्त करने की क्षमता और उम्र बढ़ने की समस्या नहीं होती है। इसलिए, अधिकांश उच्च-वोल्टेज आईजीबीटी ड्राइवर ड्राइव संकेतों के पृथक संचरण को पूरा करने के लिए पल्स ट्रांसफार्मर को पृथक घटक के रूप में उपयोग करते हैं।

The traditional driving pulse transformer isolates the amplified pulse signal and directly drives the IGBT or power MOS tube. Its basic circuit principle is shown in Figure 2. The function of the primary series capacitor is to remove the DC component of the drive pulse. The secondary parallel voltage regulator tube is used to prevent the output voltage from being too high and damaging the power switch tube. This working method does not require a separate driving power supply, the circuit design is simple, and the cost is relatively low. However, when the duty cycle of the driving pulse varies widely, especially when the duty cycle is relatively large, since the volt-second area of ​​the transformer output waveform in one cycle must be equal, the amplitude of the output positive pulse may be reduced, making it impossible to drive the igbt normally. The control pulse duty cycle is usually required to be less than 50%. At the same time, the pulse transformerचुंबकीय कोरसंतृप्ति की समस्या नियंत्रण पल्स के ऑन-टाइम को भी सीमित करती है। एक अन्य नुकसान ड्राइविंग वेवफॉर्म का विरूपण है, विशेष रूप से उच्च-शक्ति IGBT को ड्राइव करते समय। IGBT की अपेक्षाकृत बड़ी इनपुट कैपेसिटेंस के कारण, पल्स ट्रांसफार्मर के सेकेंडरी आउटपुट की ड्राइविंग पल्स वेवफॉर्म ड्राइविंग आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल होता है। इसलिए, यह ड्राइविंग विधि मुख्य रूप से कम-शक्ति वाले उपकरणों में उपयोग की जाती है।स्विचन बिजली की आपूर्तिमध्यम।

उच्च वोल्टेज और उच्च शक्ति वाले IGBT के लिए, उपरोक्त ड्राइविंग विधि स्पष्ट रूप से लागू नहीं की जा सकती। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधि ड्राइविंग पल्स सिग्नल को मॉड्यूलेट करना और उसके बढ़ते और घटते किनारों को दो उल्टे संकीर्ण पल्स सिग्नल में परिवर्तित करना है। पल्स ट्रांसफार्मर इन्हीं दो पल्स सिग्नलों को परिवर्तित करता है।युग्मनद्वितीयक स्तर तक ले जाकर, द्वितीयक पुनर्निर्माण विधि के माध्यम से प्रेरक स्पंद संकेत को पुनर्स्थापित किया जाता है। इसका कार्य सिद्धांत चित्र 3 में दर्शाया गया है।

इस विधि को पल्स एज कपलिंग ट्रांसमिशन विधि कहा जा सकता है। इस विधि का लाभ यह है कि पल्स ट्रांसफार्मर केवल निश्चित पल्स चौड़ाई वाले संकीर्ण पल्स सिग्नल संचारित करता है और ड्यूटी साइकिल में व्यापक परिवर्तन वाले पल्स सिग्नल को संचालित करने में सक्षम है। चूंकि ट्रांसफार्मर संकीर्ण पल्स सिग्नल संचारित करता है, इसलिए ट्रांसफार्मर के कोर और वाइंडिंग का मान अपेक्षाकृत कम होता है, और संबंधित लीकेज इंडक्टेंस और डिस्ट्रीब्यूटेड कैपेसिटेंस भी अपेक्षाकृत कम होते हैं, जो पल्स ट्रांसफार्मर के डिजाइन और सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए लाभकारी है। हानि यह है कि रूपांतरण और पुनर्निर्माण सर्किट जुड़ जाता है, जिससे सर्किट अपेक्षाकृत जटिल हो जाता है। चित्र 4 रूपांतरण के बाद पल्स ट्रांसफार्मर के प्राथमिक प्रायोगिक तरंगरूप को दर्शाता है।

ड्राइव पावर सप्लाई को डिज़ाइन करने में उपयोगकर्ताओं की सुविधा के लिए, उच्च-शक्ति IGBT ड्राइव मॉड्यूल में आमतौर पर एक DC/DC कनवर्टर अंतर्निहित होता है। उच्च आइसोलेशन वोल्टेज स्तर वाले DC/DC कन्वर्टर के लिए उपयोगकर्ताओं को अलग से आइसोलेटेड पावर सप्लाई डिज़ाइन करने की आवश्यकता नहीं होती है। एकीकृत आइसोलेशन कन्वर्टर आमतौर पर हाफ-ब्रिज या पुश-पुल संरचना का उपयोग करते हैं। आइसोलेशन वोल्टेज बढ़ाने और कनवर्टर नियंत्रण सर्किट को सरल बनाने के लिए, इनमें आमतौर पर क्लोज्ड-लूप नियंत्रण नहीं होता है। कुछ ड्राइवर ड्राइविंग वोल्टेज को स्थिर करने के लिए आउटपुट सिरे पर एक लीनियर रेगुलेटेड पावर सप्लाई जोड़ते हैं। ट्रांसफार्मर का आकार कम करने के लिए, ऑपरेटिंग आवृत्ति अधिकतर 100kHz से ऊपर होती है। उच्च-वोल्टेज और उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में, बस वोल्टेज के आधार पर, ड्राइवर को प्राइमरी और सेकेंडरी के बीच उच्च आइसोलेशन वोल्टेज टॉलरेंस की आवश्यकता होती है। 900VDC के बस वोल्टेज के लिए कम से कम 4kV AC के आइसोलेशन वोल्टेज की आवश्यकता होती है। एक अन्य महत्वपूर्ण कारक DV/DT टॉलरेंस है। जब IGBT उच्च गति पर स्विच करता है, तो बहुत उच्च DV/DT उत्पन्न हो सकता है। यह सिग्नल एक आइसोलेशन ट्रांसफार्मर या पल्स ट्रांसफार्मर के माध्यम से प्राथमिक नियंत्रण परिपथ से जुड़ सकता है, जिससे नियंत्रण परिपथ में व्यवधान उत्पन्न हो सकता है। इसलिए, आइसोलेशन ट्रांसफार्मर को डिजाइन करते समय, प्राथमिक और द्वितीयक युग्मन धारिता का बहुत कम होना आवश्यक है। ट्रांसफार्मर की युग्मन धारिता का आकार dv/dt सहनशीलता की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार निर्धारित किया जाता है, जो आमतौर पर 20pf से कम होता है।

ट्रांसफार्मर की निर्माण प्रक्रिया उपर्युक्त उच्च पृथक्करण वोल्टेज प्राप्त करने की कुंजी है। पृथक्करण वोल्टेज सहनशीलता बढ़ाने और प्राथमिक, द्वितीयक या द्वितीयक वाइंडिंग के बीच युग्मन धारिता को कम करने के लिए, वाइंडिंग को आमतौर पर अलग-अलग लपेटा जाता है और इन्सुलेटिंग बैफल द्वारा अलग किया जाता है। कभी-कभी चुंबकीय कोर की सतह को गाढ़े इन्सुलेटिंग पदार्थ से लेपित करना या इसे इन्सुलेटेड तार की तीन परतों से लपेटना आवश्यक होता है। चित्र 5, यूपेक के आईजीबीटी ड्राइवर मॉड्यूल 2ईडी300सी17 [4] की ट्रांसफार्मर संरचना का योजनाबद्ध आरेख है।

2.4 शॉर्ट सर्किट सुरक्षा और थ्रेशोल्ड समायोजन

वर्तमान में आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली आईजीबीटी शॉर्ट सर्किट या ओवरकरंट सुरक्षा विधि वीसीई के वोल्टेज मान का पता लगाकर कार्यान्वित की जाती है [5]। जब आईजीबीटी में शॉर्ट सर्किट या ओवरकरंट होता है, तो इसका कार्य क्षेत्र संतृप्ति क्षेत्र से बाहर निकल जाएगा और वीसीई वोल्टेज बढ़ जाएगा। विशेष रूप से,संरक्षण सर्किटThe principle is shown in Figure 6. passडायोडd को IGBT के कलेक्टर से जोड़ा जाता है ताकि IGBT के अंडरसैचुरेशन का पता लगाया जा सके। VCE वोल्टेज में वृद्धि के साथ ही सीरीज डायोड का एनोड पोटेंशियल भी बढ़ जाता है। जब निर्धारित शॉर्ट-सर्किट थ्रेशहोल्ड पार हो जाता है, तो सुरक्षा सर्किट सक्रिय हो जाता है और IGBT को बंद कर देता है। चूंकि IGBT के चालू होने के शुरुआती चरण में कलेक्टर वोल्टेज अपेक्षाकृत अधिक होता है, इसलिए यदि इस समय सुरक्षा सर्किट सक्रिय हो जाता है, तो खराबी आ सकती है। एक डेड ज़ोन समय निर्धारित करना आवश्यक है, जिसके दौरान शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा सर्किट काम नहीं करेगा। यह फ़ंक्शन स्विच s और एक बाहरी कनेक्टर के माध्यम से समानांतर में जुड़ा होता है।प्रतिरोधयह rce और संधारित्र cce द्वारा साकार होता है। जब igbt बंद होता है, तो s चालू हो जाता है, और संधारित्र cce 15V तक आवेशित हो जाता है। जब igbt चालू होता है, तो s बंद हो जाता है, और cce संधारित्र rce के माध्यम से डिस्चार्ज हो जाता है। डिस्चार्ज के अंत में वोल्टेज है:

इससे आईजीबीटी चालू होने के प्रारंभिक चरण में संदर्भ वोल्टेज, पहचान वोल्टेज से अधिक हो सकता है, जिससे सुरक्षा परिपथ में खराबी आने से रोका जा सकता है। सामान्य संचालन के दौरान तरंगरूप चित्र 7(a) में दिखाया गया है। शॉर्ट सर्किट या ओवरकरंट फॉल्ट होने पर तरंगरूप चित्र 7(b) में दिखाया गया है।

2.5 उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस विधि

विभिन्न निर्माताओं द्वारा निर्मित आईजीबीटी मॉड्यूल के अनुकूल होने के लिए, आईजीबीटी ड्राइवर में उपयोगकर्ता के अनुकूल इंटरफ़ेस होना आवश्यक है। इसके लिए व्यापक लचीलापन और किफायती लागत की भी आवश्यकता होती है। वर्तमान में बाजार में उपलब्ध सामान्य ड्राइवर मॉड्यूल मुख्य रूप से निम्नलिखित का उपयोग करते हैं:वेल्डिंगपीसीबी बोर्ड पर आईजीबीटी कनेक्शन लागू करें, जैसे कि: एसकेएचआई22, 2एसडी315ए और 2ईडी300सी17, आदि। स्थापना को आसान बनाने के लिए, डायरेक्ट प्लग-इन कनेक्शन विधि का भी उपयोग किया जाता है। चित्र 8 सेमीक्रोन द्वारा विकसित स्काइपर ड्राइवर मॉड्यूल का बाहरी रूप दर्शाता है। इसे ड्राइव इंटरफ़ेस बोर्ड से प्लग-इन तरीके से जोड़ा जाता है।

ड्राइव मॉड्यूल (ड्राइव कोर) ड्राइव में केवल सबसे महत्वपूर्ण सामान्य कार्य ही प्रदान करता है, इसलिए विभिन्न अनुप्रयोगों में विभिन्न मॉड्यूल के साथ इसका कनेक्शन इंटरफ़ेस बोर्ड पर निर्भर करता है। संपूर्ण मॉड्यूल-ड्राइव इकाई में स्प्रिंग इंटरफ़ेस वाला एक पावर मॉड्यूल, एक मानक या उन्नत ड्राइव कोर और ड्राइव कोर को निर्दिष्ट मॉड्यूल से जोड़ने वाला एक इंटरफ़ेस बोर्ड शामिल होता है। अनुकूलित किए जा सकने वाले इंटरफ़ेस बोर्ड का एक उत्कृष्ट लाभ यह है कि उपयोगकर्ता स्वयं IGBT की स्विचिंग विशेषताओं को समायोजित और निर्धारित कर सकता है, उदाहरण के लिए: Rgon या RGoff को समायोजित करके IGBT के खुलने या बंद होने की गति को बदलना; डेड टाइम को समायोजित करना या इंटरलॉक फ़ंक्शन को निष्क्रिय करना; VCE सुरक्षा बिंदु और विंडो टाइम को समायोजित करना आदि। वर्तमान में बाज़ार में उपलब्ध इंटेलिजेंट पावर मॉड्यूल (IPM) की तुलना में, इंटरफ़ेस बोर्ड संपूर्ण सिस्टम को अधिक लचीला और विभिन्न अनुप्रयोगों के अनुकूल बनाना आसान बनाता है। एक बार सिस्टम पैरामीटर सेट हो जाने के बाद, संपूर्ण सिस्टम का उपयोग IPM की तरह ही आसानी से किया जा सकता है। Semix मॉड्यूल और इंटरफ़ेस बोर्ड के बीच विद्युत कनेक्शन Semix मॉड्यूल में निर्मित स्प्रिंग और इंटरफ़ेस बोर्ड की निचली परत के माध्यम से होता है।संपर्क करेंto achieve. After assembly, the contacts of the interface board touch the spring contacts of the module, completing the electrical connection through pressure contact. Contact pressure increases the reliability of the power module compared to soldering technology. Similarly, the plug-in connection between the drive core and the interface board is also to avoid welding [6]. Figure 9 is an example diagram of the connection between the driver core, interface board and semix module.

2.6 अत्यधिक एकीकृत

ड्राइवर के विकास का रुझान अत्यधिक एकीकृत होने की ओर है, जिससे ड्राइवर का आकार कम हो जाता है और यह आईजीबीटी के साथ अधिक निकटता से एकीकृत हो जाता है, जिससे स्थापना आसान हो जाती है, ड्राइवर और आईजीबीटी मॉड्यूल के बीच कनेक्शन लाइनों की लंबाई कम हो जाती है और लीड्स की संख्या भी कम हो जाती है।अधिष्ठापनइस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, कुछ विदेशी कंपनियों द्वारा वर्तमान में विकसित किए जा रहे आईजीबीटी ड्राइवर मॉड्यूल स्व-विकसित विशेष तकनीकों का उपयोग करते हैं।इंटीग्रेटेड सर्किटएएसआईसीउदाहरण के लिए: सेमिक्रॉन का skic2001a और कॉन्सेप्ट के ldi001 और lgd001। ASIC के उपयोग से, अधिकांश नियंत्रण और सुरक्षा कार्यों को IC के माध्यम से कार्यान्वित किया जा सकता है, जिससे ड्राइव का आकार काफी कम हो जाता है और IGBT ड्राइव की विश्वसनीयता बढ़ जाती है।

3. उच्च वोल्टेज और उच्च शक्ति वाले आईजीबीटी ड्राइव मॉड्यूल के विकास के रुझान

As a composite power semiconductor, igbt is being used more and more widely, especially in high-power converters, due to its low power consumption, high switching frequency and large current capacity. The requirements for its drive circuit will also become higher and higher. The main technical development directions are reflected in the following aspects.

(1) उच्च एकीकरण

वर्तमान में, उच्च-शक्ति IGBT ड्राइवर मॉड्यूल का आकार अभी भी अपेक्षाकृत बड़ा है। वोल्टेज सहनशीलता बढ़ाने के लिए, आमतौर पर एक ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जाता है। ट्रांसफार्मर का आकार और वजन अपेक्षाकृत अधिक होता है, और इसे एकीकृत करना मुश्किल होता है। इसलिए, भविष्य के ड्राइव में छोटे, आसानी से एकीकृत होने वाले मॉड्यूल का उपयोग किया जाएगा।आइसोलेटरcomponents, such as applying piezoelectric transformers or advanced magnetic integration technology to reduce the size and weight of isolation components and increase integration [7]. It is foreseeable that in the future, high-power IGBT and its drive circuit will be integrated into the same module. Users only need to directly introduce the control signal into the power module to control the IGBT.

(2) उच्चतर पृथक्करण वोल्टेज

वर्तमान ड्राइवर आइसोलेशन प्राप्त करने के लिए ऑप्टोकपलर और ट्रांसफार्मर का उपयोग करते हैं। ऑप्टोकपलर का लाभ उनका छोटा आकार है, लेकिन उनमें अपेक्षाकृत कम आइसोलेशन वोल्टेज, शीघ्र क्षय और अधिक विलंब जैसी कमियां हैं। ट्रांसफार्मर आइसोलेशन में उच्च आइसोलेशन वोल्टेज और कम विलंब होता है, लेकिन यह आकार में बड़ा होता है। इसलिए, जब उच्च वोल्टेज आइसोलेशन की आवश्यकता होती है, तो आइसोलेशन प्राप्त करने के लिए ज्यादातर ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जाता है। वर्तमान में, ट्रांसफार्मर-आइसोलेटेड ड्राइव मॉड्यूल का उच्चतम आइसोलेशन वोल्टेज लगभग 3300V है। IGBT का उच्चतम वोल्टेज स्तर 6500V तक पहुंच गया है। उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के अनुकूल होने के लिए, उच्च आइसोलेशन वोल्टेज वाले ड्राइवरों का उपयोग करना आवश्यक है।

(3) अधिक प्रेरक शक्ति

आईजीबीटी मॉड्यूल की क्षमता लगातार बढ़ रही है, और वर्तमान में एक मॉड्यूल की क्षमता 3600A तक पहुंच सकती है। क्षमता बढ़ाने के लिए, इन्हें अक्सर समानांतर क्रम में संचालित किया जाता है, जिससे ड्राइवर की शक्ति की आवश्यकता भी बढ़ जाती है। ड्राइवर की अधिकतम आउटपुट धारा को तदनुसार बढ़ाना आवश्यक है, विशेष रूप से जब कई मॉड्यूल समानांतर क्रम में उपयोग किए जाते हैं, तो ड्राइवर की औसत आउटपुट शक्ति 5W से 10W तक और तात्कालिक अधिकतम आउटपुट धारा 30A से अधिक होनी चाहिए।

(4) उच्चतर स्विचिंग आवृत्ति

इंडक्शन हीटिंग पावर सप्लाई में अनुप्रयोगों के अनुकूल होने के लिए, आईजीबीटी की स्विचिंग आवृत्ति लगातार बढ़ रही है। विनिर्माण तकनीक के विकास के साथ, आईजीबीटी की उच्चतम स्विचिंग आवृत्ति 100 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर तक पहुंच सकती है, जो पावर एमओएस ट्यूब को आंशिक रूप से प्रतिस्थापित कर सकती है। ड्राइवर के लिए, इसका अर्थ है कि उसे अधिक ड्राइव पावर प्रदान करनी होगी, और ड्राइवर को ड्राइव पल्स विलंब समय और वृद्धि एवं गिरावट समय को कम करना होगा, साथ ही अधिक तात्कालिक अधिकतम ड्राइव करंट प्रदान करना होगा।

(5) अधिक पूर्ण कार्य

वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली गेट ड्राइव तकनीक, IGBT स्विचिंग प्रक्रिया के कारण उत्पन्न होने वाले DI/DT और DV/DT को नियंत्रित नहीं कर सकती, जिससे रूपांतरण परिपथ के EMI को नियंत्रित करना मुश्किल हो जाता है। सक्रिय गेट ड्राइव तकनीक, IGBT स्विचिंग के कारण उत्पन्न होने वाले उच्च DI/DT और DV/DT को प्रभावी ढंग से नियंत्रित कर सकती है। इसके परिणामस्वरूप, IGBT को अधिक सुरक्षित कार्यक्षेत्र में संचालित किया जा सकता है, स्विचिंग प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले EMI को कम किया जा सकता है, और इस प्रकार IGBT बफर अवशोषण परिपथ की आवश्यकता को कम किया जा सकता है। इनमें से, तीन-चरण सक्रिय गेट ड्राइव तकनीक व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं वाली एक सक्रिय गेट ड्राइव तकनीक है [8]। इसके अतिरिक्त, श्रृंखला और समानांतर IGBT अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, ड्राइवर में गतिशील वोल्टेज और करंट साझाकरण कार्यक्षमता भी होनी चाहिए।

4निष्कर्ष

As a key power semiconductor device in power electronic systems, IGBT has continued to grow for several years. As it enables power electronic devices and equipment to achieve higher efficiency, higher switching frequency and miniaturized design of power conversion devices, with the continuous improvement of performance, the application fields of IGBT devices have expanded to a wider range. Not only in industry, but also in many other power conversion systems, it has replaced high-power bipolarट्रांजिस्टर(जीटीआर), पावर मोसफील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर(MOSFET), यहां तक ​​कि वैकल्पिक गेट बंद होने की स्थिति भी उत्पन्न होती हैthyristor(जीटीओ) यथार्थवादी रुझान। उच्च-शक्ति आईबीबीटी ड्राइवर मॉड्यूल प्रौद्योगिकी में निरंतर सुधार होगा और एकीकरण स्तर भी बढ़ेगा, जिससे आईबीबीटी की बिजली खपत और ईएमआई कम होगी और सिस्टम की विश्वसनीयता में सुधार होगा। आईबीबीटी निर्माण प्रौद्योगिकी के विकास और अनुप्रयोग क्षेत्रों में वृद्धि के साथ, इसके ड्राइव के प्रदर्शन की आवश्यकताएं भी लगातार बढ़ रही हैं। नई पीढ़ी के आईबीबीटी के प्रदर्शन के अनुकूल होने के लिए, विभिन्न ड्राइव निर्माता अधिक संपूर्ण प्रदर्शन वाले आईबीबीटी ड्राइव उत्पादों का विकास कर रहे हैं।

अस्वीकरण: यह लेख "सेमीकंडक्टर ऑनलाइन" से लिया गया है। यह लेख केवल लेखक के निजी विचारों को दर्शाता है और सैको माइक्रो या उद्योग जगत के विचारों का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। इसका पुनर्मुद्रण और साझाकरण केवल बौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण के लिए किया जा सकता है। पुनर्मुद्रण के लिए कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।