एसआईसी उपकरण आईजीबीटी की जगह क्यों नहीं ले सकते?

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2022-03-17 339

SiC उपकरण IGBT का स्थान क्यों नहीं ले सकते?

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उपकरणों की उत्पादन प्रक्रिया और तकनीक अधिक से अधिक परिपक्व होती जा रही है। वर्तमान समय में बाजार को बढ़ावा देने में सबसे बड़ी बाधा लागत है। इसमें अनुसंधान एवं विकास और उत्पादन लागत, तथा अनुप्रयोग में IGBT के स्थान पर सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के आने के बाद पूरे सर्किट में संधारित्रों और प्रतिरोधकों को चलाने की लागत शामिल है। जब तक निर्माता इस पर ज़ोर नहीं देता, और यह वास्तव में लागत को कम कर सकता है और प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। आख़िर नई चीज़ों को अपनाने में काफ़ी ख़र्च आएगा. विनिर्माण लागत और उत्पाद उपज के प्रभाव के कारण, वर्तमान में SiC उत्पादों को बड़े पैमाने पर बाजार में प्रवेश करने से रोकने वाला मुख्य कारण उच्च कीमत है, जो आम तौर पर समान Si उत्पादों की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक है। यद्यपि यह अपरिहार्य है कि सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उपकरण भविष्य में तकनीकी प्रगति और लागत में कमी के साथ IGBT की जगह लेंगे, और प्रदर्शन बहुत मजबूत हो सकता है, यह न केवल प्रदर्शन है, बल्कि लागत और विश्वसनीयता भी है जो वास्तव में सामान्य प्रवृत्ति बन सकती है।

?सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के अनुप्रयोग लाभ स्पष्ट हैं।

उच्च दक्षता, उच्च विश्वसनीयता: SiC BJT उत्पाद उच्च दक्षता, उच्च वर्तमान घनत्व और उच्च विश्वसनीयता प्राप्त कर सकते हैं, और उच्च तापमान पर आसानी से काम कर सकते हैं। इसके अलावा, SiC BJT में उत्कृष्ट तापमान स्थिरता है, और उच्च तापमान पर इसकी कार्य विशेषताएं सामान्य तापमान से भिन्न नहीं होती हैं। वास्तव में, SiC BJT में IGBT के सभी लाभ हैं और यह IGBT डिजाइन में सभी बाधाओं को हल करता है। चूंकि IGBT वोल्टेज द्वारा संचालित होता है और SiC BJT धारा द्वारा संचालित होता है, इसलिए डिजाइन इंजीनियर पहले IGBT को SiC BJT से प्रतिस्थापित करने के लिए अभ्यस्त नहीं हो सकते हैं, लेकिन फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर जैसे उपकरण आपूर्तिकर्ता आमतौर पर इंजीनियरों को ड्राइविंग सर्किट डिजाइन करने में मदद करने के लिए संदर्भ डिजाइन प्रदान करते हैं। भविष्य में विशेष ड्राइवर चिप्स की शुरूआत के साथ, SiC BJT का उपयोग करना आसान हो जाएगा।

कम हानि और लागत में कमी: SiC BJT का Vce 47%, Eon 60% और Eoff 67% कम हो गया है। SiC BJT बाजार में सबसे कम चालन हानि प्रदान कर सकता है, और रॉन कमरे के तापमान पर 2.2 मिलीओम से कम है। SiC BJT ड्राइवर हानि सहित न्यूनतम कुल हानि प्रदान कर सकता है। सिलिकॉन कार्बाइड BJT इतिहास में सबसे कुशल 1200 वोल्ट पावर ट्रांसफर स्विच है। SiC BJT उच्च स्विचिंग आवृत्ति प्राप्त करता है, और इसका चालन और स्विचिंग नुकसान IGBT (30-50%) की तुलना में कम है, इसलिए समान आकार प्रणाली में आउटपुट शक्ति को 40% तक बढ़ाया जा सकता है। 2V से 400V तक का 800KW बूस्ट सर्किट सिलिकॉन IGBT द्वारा कार्यान्वित होने पर केवल 25KHz की स्विचिंग आवृत्ति तक ही पहुंच सकता है, और इसके लिए पांच पतली फिल्म कैपेसिटर की आवश्यकता होती है। हालाँकि, SiC BJT का उपयोग करते समय, स्विचिंग आवृत्ति 72KHz तक पहुंच सकती है, और केवल दो पतली फिल्म कैपेसिटर की आवश्यकता होती है, जो हीट सिंक और प्रारंभ करनेवाला के आकार को एक तिहाई कम कर देता है, अर्थात, छोटे प्रेरकों का उपयोग किया जा सकता है, इस प्रकार बहुत बचत होती है सिस्टम की कुल बीओएम लागत।

उच्च आवृत्ति प्राप्त करने के लिए बिजली आपूर्ति की स्विचिंग आवृत्ति में सुधार करें: पारंपरिक आईजीबीटी का सबसे बड़ा नुकसान इसकी धीमी स्विचिंग गति और कम कार्य आवृत्ति है। जब इसे बंद किया जाता है, तो करंट टेल के कारण टर्न-ऑफ हानि होगी। SiC BJT की स्विचिंग गति तेज होती है, तथा इसमें करंट टेल के रूप में कोई IGBT बंद नहीं होता, इसलिए स्विचिंग हानि बहुत कम होती है। समान रेटेड सहनशील वोल्टेज के अंतर्गत, SiC BJT का ऑन-प्रतिरोध IGBT के VCE(sat) से कम होता है, जो SiC BJT के ऑन-लॉस को कम कर सकता है।

SiC BJT का सबसे अच्छा अनुप्रयोग 3000W से अधिक शक्ति वाली बिजली आपूर्ति का डिज़ाइन है। इनमें से कई विद्युत आपूर्तियाँ लागत और दक्षता को अनुकूलित करने के लिए स्विचिंग उपकरण के रूप में IGBT का उपयोग करती हैं। यदि डिजाइन इंजीनियर IGBT को SiC BJT से प्रतिस्थापित करता है, तो बिजली आपूर्ति की स्विचिंग आवृत्ति को बहुत अधिक बढ़ाना आसान है, जिससे उत्पाद की मात्रा कम हो जाती है और रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है। आवृत्ति में वृद्धि के साथ, परिधीय सर्किट के लिए आवश्यक इंडक्टर्स और कैपेसिटर की संख्या को भी डिजाइन में कम किया जा सकता है, जिससे लागत बचाने में मदद मिलती है। दूसरी ओर, SiC BJT की स्विचिंग गति बहुत तेज़ है, और यह 20nS से भी कम समय में स्विचिंग क्रिया को पूरा कर सकता है, जो MOSFET से भी तेज़ है, इसलिए इसका उपयोग MOSFET को बदलने के लिए भी किया जा सकता है। द्विध्रुवी आईजीबीटी उपकरणों की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड बीजेटी में प्रतिरोध कम होता है, जो चालन हानि को और कम कर सकता है। सिलिकॉन कार्बाइड BJT की उच्च तापमान स्थिरता और कम रिसाव धारा, IGBT और MOSFET से आगे निकल गई है। इसके अलावा, इसका आंतरिक प्रतिरोध सकारात्मक तापमान गुणांक के साथ बदलता है, इसलिए इसे उच्च-शक्ति बिजली आपूर्ति के डिजाइन के लिए समानांतर में आसानी से जोड़ा जा सकता है।

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