التبريد السائل IGBT: كل ما تحتاج إلى معرفته

في Power Electronics ، يعد الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة (IGBT) أحد أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا.تم بناء IGBTs الحديثة من كربيد السيليكون (SiC) ونتريد الغاليوم (GaN) لإنتاج أفضل وكفاءة حرارية.

في حين أن IGBTs مفيدة لإمداد الطاقة والتحويل ، فإنها قد تخلق أيضًا الكثير من الحرارة عند التبديل عند ترددات عالية.

يعد تبريد أجهزة IGBT مصدر قلق كبير لمهندسي الطاقة الكهربائية.

تطوير من IGBTs

يعتبر IGBT مفتاحًا أقوى يعمل عن طريق التحكم في الجهد لجزء من أشباه الموصلات لتوليد دائرة كهربائية.تم تقديمه لأول مرة في الثمانينيات ، وتم تحسينه على اختراع ترانزستور التأثير الميداني لأشباه الموصلات المعدنية (MOSFET).

يعتبر IGBT غير معتاد لأنه يلغي وظيفة الثايرستور ، مما ينتج عنه جهاز أكثر كفاءة.المحولات ومحركات المحركات وأنظمة الطاقة لتوربينات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح المتقدمة كلها مصنوعة من IGBTs.

الإدارة الحرارية لـ IGBTs

يتطلب إنتاج الطاقة الكهربائية وتحويلها ونقلها وتوزيعها استخدام معدات إلكترونيات الطاقة.يتم نشر تقنيات الطاقة لزيادة كفاءة الطاقة والاعتمادية والتحكم.يعتقد بعض الخبراء أن كل الطاقة الكهربائية ستنتقل عبر جهاز أشباه موصلات الطاقة في وقت ما في المستقبل.

IGBTs هي أدوات عالية الجهد وعالية الطاقة تزداد شعبية.الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة (IGBT) هو مفتاح ذو حالة صلبة يمكّن الكهرباء من التدفق عند تشغيله وإغلاقه.

يعمل IGBT من خلال توصيل الجهد إلى مكون أشباه الموصلات ، وتغيير خصائصه والسماح له بسد أو إنتاج مسار كهربائي.

بالنسبة لتطبيقات التردد المعتدل (5-50 كيلو هرتز) والجهد العالي (200-2000 فولت) ، فإن IGBT يجمع بين مدخل بوابة معزول مع خرج ثنائي القطب لإنتاج مفتاح طاقة يمكن الاعتماد عليه.

غالبًا ما تشتمل وحدات IGBT الكبيرة على أجهزة متعددة متصلة بالتوازي ويمكنها التعامل مع مئات الأمبيرات من التيار بجهد مانع يصل إلى 6500 فولت.يمكن التحكم في مئات الكيلوواط من الطاقة بواسطة IGBTs.

تُستخدم IGBTs في مجموعة واسعة من التطبيقات عالية الطاقة ، بما في ذلك السيارات الكهربائية والهجينة وشواحن البطاريات والحافلات الكهربائية ومحركات محركات الأجهزة والمفاتيح وإمدادات الطاقة ومحولات التحكم في الجهد والتحكم في محرك المحرك ومحولات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والإدارة الحرارية وأجهزة التشخيص الطبي.

حلول التبريد IGBT

يمكن مساعدة التحكم الحراري IGBT من خلال مجموعة متنوعة من حلول التبريد.يأتي كل خيار مع مجموعة الفوائد الخاصة به.

تبريد الهواء

بالنسبة للأنظمة منخفضة الطاقة ، يمكن أيضًا أن تكون المشتتات الحرارية المبردة بالهواء خيارًا سريعًا وفعال من حيث التكلفة.لامتصاص الحرارة والارتفاعات ، تستخدم بعض التصميمات الصناعية المشتت الحراري بكتلة كبيرة وسعة حرارية.

تواجه أحواض الحرارة المبردة بالهواء وقتًا أكثر صعوبة في التعامل مع درجات حرارة أعلى وارتفاعات حرارية في المعدات الإلكترونية عالية الطاقة نظرًا لقدرة الهواء على تحمل الحرارة ودرجات حرارة التشغيل الصوتية العالية العادية نتيجة لذلك ، فإن تبريد الهواء يكون اقتصاديًا فقط للأجهزة الإلكترونية المنخفضة و معدات متوسطة الطاقة.

التبريد السائل المباشر

في IGBTs ، يعزز التبريد السائل المباشر خصائص نقل الحرارة ويقلل من المقاومة الحرارية ، ويقلل من درجات حرارة التوصيل ويعزز قدرات الطاقة.

يتيح التبريد السائل أيضًا للمصممين إنتاج طاقة أعلى لكل حجم ، مما يحسن الأداء والكفاءة.تم تحقيق تبريد سائل مباشر سابقًا عن طريق تحريك الصفائح الباردة بأنابيب نحاسية كبيرة على كتل من الألومنيوم باستخدام إبوكسي موصل حراريًا.

تتضمن التصميمات الأخرى أنابيب نحاسية تم تشكيلها لزيادة الكفاءة.يتم زرع المشتت الحراري ذو الزعانف الدبوسية في ركيزة DBC ، والتي يتم لصقها لاحقًا بخزان سائل ، مما يتيح لسائل التبريد الدوران فوق الزعانف للحصول على تأثير التبريد.

التبريد السائل متناهى الصغر

يحقق مفهوم التبريد السائل ذو القناة الصغيرة المبتكرة أقل مقاومة حرارية ممكنة للأجهزة عالية الطاقة.

عند مقارنتها بأنظمة التبريد السائل السابقة ، قد يقلل التبريد السائل متناهى الصغر من المقاومة الحرارية لـ IGBT بمقدار 10x-100x عن طريق تقليل الكتلة الحرارية لسائل التبريد في قنوات التدفق الصغيرة.

هذا يحسن إلى حد كبير معدلات النقل الحراري ودرجات حرارة التشغيل لتصميمات نظام IGBT.من خلال تحسين الفيزياء الحرارية متناهية الصغر ، Winshare Thermalloy تعمل الألواح الباردة ذات القنوات الدقيقة على تعزيز الأداء.

يمكن تعديل تصميمات شبكة القناة الصغيرة الخاصة بنا لتلائم خصائص وحدات IGBT ويمكن أن توفر إلكترونيات الطاقة بتحكم حراري لا مثيل له ومتسق.

تطبيق IGBT في إلكترونيات الطاقة

اكتسبت IGBTs شعبية في تطبيقات إلكترونيات الطاقة خلال العقود القليلة الماضية. IGBTs توفير الطاقة لمجموعة متنوعة من الأجهزة والأنظمة.

العاكسون

نظرًا للتحكم الممتاز في البوابة والقدرة على تحمل التيارات الأكثر أهمية ، تعد IGBTs مثالية للمحولات.تتيح خيارات التبريد المتقدمة في وحدات IGBT انتقالًا أكثر نجاحًا من التيار المستمر إلى طاقة التيار المتردد.

Converters

يتم تشغيل محولات الجهد بواسطة ترانزستورات ثنائية القطب مقترنة حثيًا (IGBTs).في تصميم مزود الطاقة ، تلعب المحولات دورًا مهمًا.

مزودات الطاقة

يمكن استخدام IGBTs مع مزودي طاقة مختلفين:

● مصدر طاقة وضع التبديل (SMPS)

● مزود الطاقة غير المنقطع (UPS)

تبديل وضع امدادات الطاقة

يمكن أن تساعد IGBTs في تطبيقات التيار العالي ، بينما يتم استخدام محول التبديل لتحويل خرج الجهد في SMPS.

مصدر طاقة غير متقطع

يمكن لـ IGBT مساعدة UPS في توفير طاقة سلسة وثابتة بمجرد فشل النظام الكهربائي.

تطبيقات الطاقة المتجددة

يتم دمج حلول الطاقة المتجددة في الخطط الإستراتيجية لعدد متزايد من المنظمات التجارية والصناعية والبلدية.يمكن أن يساعد استخدام تقنية القناة الصغيرة لتحسين التبريد بالسوائل IGBT العملاء على إنشاء طاقة أكثر استدامة بتكلفة منخفضة.

محولات الطاقة الشمسية

تأخذ محولات الطاقة الشمسية الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية وتحولها إلى طاقة التيار المتردد التي قد يستخدمها المستهلكون.تعد IGBT مكونًا مهمًا في تمكين الناس من الوصول إلى طاقة أكثر ذكاءً ونظافة ، ويجب التحكم فيها حراريًا لتعمل بشكل صحيح.

المستقبلات الكهروضوئية المركزة (CPVs)

تُستخدم المئات من عاكسات المرآة في تركيز الخلايا الكهروضوئية (CPVs) لتوجيه الطاقة الشمسية إلى جهاز استقبال مركزي.يولد خرج الطاقة الناتج تدفقًا حراريًا بالقرب من سطح الشمس!

لضمان التشغيل المستمر ، يجب تبريد مستقبل الأنظمة الفولت ضوئية المركزة ، وهو مكون حيوي في النظام ، باستخدام طرق عالية الكفاءة مثل التبريد السائل للقناة الصغيرة.

مضخات حرارية تعمل بالطاقة الشمسية

لتوفير المال على التدفئة ، تجمع المضخة الحرارية التي تعمل بالطاقة الشمسية بين مضخة حرارية منتظمة ومدخلات كهروضوئية.

يمكن للوحات التبريد متناهية الصغر لوحدات الطاقة IGBT أن تعزز كفاءة الطاقة مع خفض التكلفة الإجمالية لملكية النظام.

خاتمة

تخلق IGBT الكثير من الحرارة ويمكن أن تتضرر بسبب الكثير منها.بسبب النسب الهائلة المطلوبة للتحكم في الأحجام الهائلة للحرارة ، فإن استخدام حلول تبريد الهواء ، مثل أحواض الحرارة ، لتبديد الطاقة العالية ، يمكن أن يكون IGBTs غير عملي.

التبريد السائل لديها العديد من معاملات نقل الحرارة من حيث الحجم أكبر من التبريد الحراري ، مما يسمح بكثافة طاقة أعلى بكثير ووحدة أكثر إحكاما وحلول عاكس.بينما تتم مقاومة التبريد السائل أحيانًا في مجال إلكترونيات الطاقة ، فمن الضروري تلبية العديد من متطلبات الإدارة الحرارية IGBT اليوم.

تم استخدام التبريد السائل لمحركات الاحتراق الداخلي في صناعة السيارات لأكثر من قرن ، وتعتبر فكرة استخدام التبريد السائل لإلكترونيات الطاقة في تطبيقات السيارات حاليًا مشكلة.تتضمن طرق التبريد السائل لـ IGBT الألواح الباردة وأنابيب الحرارة والمضخات الكهربائية وحلقات التبريد بالبخار.

تنشئ Winshare Thermalloy حلولًا فريدة للتبريد السائل IGBT متناهية الصغر لمساعدتك في زيادة أداء الطاقة في نظام إلكترونيات الطاقة لديك وكفاءته وأمانه وموثوقيته.