В силовой электронике биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) является одним из наиболее широко используемых полупроводников.Современные IGBT изготавливаются из карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) для повышения производительности и теплового КПД.
Хотя IGBT полезны для питания и преобразования, они также могут выделять много тепла при переключении на высоких частотах.
Охлаждение устройств IGBT является серьезной проблемой для инженеров-электриков.
Разработка БТИЗ
IGBT — это более надежный переключатель, который работает, управляя напряжением на полупроводниковой части для создания электрической цепи.Впервые он был представлен в 1980-х годах и был улучшен благодаря изобретению полевого транзистора на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET).
IGBT необычен, потому что он устраняет функцию тиристора, что делает устройство более эффективным.Инверторы, приводы двигателей и энергосистемы для современных солнечных и ветряных турбин изготавливаются с использованием БТИЗ.
Термическое управление IGBT
Производство, преобразование, передача и распределение электроэнергии требуют использования оборудования силовой электроники.Энергетические технологии внедряются для повышения энергоэффективности, надежности и контроля.Некоторые эксперты считают, что в какой-то момент в будущем вся электроэнергия будет проходить через силовые полупроводниковые устройства.
IGBT — это высоковольтные мощные устройства, которые становятся все более популярными.IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) представляет собой полупроводниковый переключатель, который позволяет электричеству течь при включении и выключении.
IGBT работает, подавая напряжение на полупроводниковый компонент, изменяя его свойства и позволяя ему блокировать или создавать электрический путь.
Для приложений со средней частотой (5-50 кГц) и высоким напряжением (200-2000 В) IGBT сочетает изолированный вход затвора с биполярным выходом для создания надежного переключателя мощности.
Большие модули IGBT часто включают в себя несколько устройств, подключенных параллельно, и могут выдерживать ток в сотни ампер с блокирующим напряжением до 6500 В. Эти IGBT могут управлять сотнями киловаттной мощности.
IGBT используются в широком спектре мощных приложений, включая электрические и гибридные транспортные средства, зарядные устройства для аккумуляторов, электрические автобусы, приводы двигателей бытовой техники, переключатели и источники питания, преобразователи напряжения, средства управления приводом двигателя, инверторы солнечной и ветровой энергии, управление тепловым режимом. и медицинские диагностические приборы.
Температурному контролю IGBT можно способствовать с помощью различных решений для охлаждения.Каждый выбор имеет свой собственный набор преимуществ.
Воздушное охлаждение
Для маломощных систем радиаторы с воздушным охлаждением также могут быть быстрым и экономичным вариантом.Для поглощения тепла и пиков в некоторых промышленных конструкциях используется радиатор с большой массой и теплоемкостью.
Радиаторам с воздушным охлаждением труднее справляться с более высокими температурами и тепловыми скачками в мощном электронном оборудовании из-за теплопроводности воздуха и обычных высоких акустических рабочих температур, в результате чего воздушное охлаждение является экономичным только для низко- и низкотемпературных систем. оборудование средней мощности.
Прямое жидкостное охлаждение
В БТИЗ прямое жидкостное охлаждение улучшает характеристики теплопередачи и снижает тепловое сопротивление, снижая температуру перехода и повышая мощность.
Жидкостное охлаждение также позволяет разработчикам производить более высокую мощность на единицу объема, повышая производительность и эффективность.Прямое жидкостное охлаждение ранее достигалось путем обжатия больших медных трубчатых охлаждающих пластин на алюминиевых блоках с использованием теплопроводной эпоксидной смолы.
Другие конструкции включают медные трубы, которые были обработаны для повышения эффективности.Радиатор с игольчатыми ребрами имплантирован в подложку DBC, которая впоследствии прикрепляется к резервуару с жидкостью, позволяя охлаждающей жидкости циркулировать по ребрам для охлаждающего эффекта.
Микроканальное жидкостное охлаждение
Инновационная концепция микроканального жидкостного охлаждения обеспечивает минимально возможное тепловое сопротивление для мощных устройств.
По сравнению с более ранними системами жидкостного охлаждения встроенное микроканальное жидкостное охлаждение может снизить тепловое сопротивление IGBT в 10-100 раз за счет уменьшения тепловой массы хладагента в мини-каналах потока.
Это значительно улучшает скорость теплопередачи и рабочие температуры конструкций систем IGBT.Улучшая микроканальную теплофизику, Виншер Термаллой микроканальные охлаждающие пластины повышают производительность.
Наши конструкции микроканальных решеток могут быть скорректированы в соответствии с характеристиками модулей IGBT и могут обеспечить силовую электронику непревзойденным и стабильным контролем температуры.
Применение IGBT в силовой электронике
БТИЗ приобрели популярность в приложениях силовой электроники в течение последних нескольких десятилетий. БТИЗ обеспечивают питание различных устройств и систем.
инверторы
Благодаря превосходному управлению затвором и способности выдерживать более значительные токи IGBT идеально подходят для инверторов.Расширенные возможности охлаждения модулей IGBT обеспечивают более успешный переход от питания постоянного тока к питанию переменным током.
Converters
Преобразователи напряжения питаются от биполярных транзисторов с индуктивной связью (IGBT).В конструкции источника питания преобразователи играют решающую роль.
Источники питания
IGBT могут использоваться с двумя разными источниками питания:
● Импульсный источник питания (SMPS)
● Источник бесперебойного питания (ИБП)
Импульсный источник питания
IGBT могут помочь в сильноточных приложениях, тогда как импульсный преобразователь используется для преобразования выходного напряжения в SMPS.
Источник бесперебойного питания
IGBT может помочь ИБП обеспечить бесперебойную и постоянную подачу питания после отказа электрической системы.
Применение возобновляемых источников энергии
Решения в области возобновляемых источников энергии интегрируются в стратегические планы все большего числа коммерческих, промышленных и муниципальных организаций.Использование микроканальной технологии для оптимизации жидкостного охлаждения IGBT может помочь клиентам создавать более устойчивую энергию при меньших затратах.
Солнечные инверторы
Солнечные инверторы берут электроэнергию постоянного тока, вырабатываемую солнечными панелями, и преобразуют ее в мощность переменного тока, которую могут использовать потребители.БТИЗ является важнейшим компонентом, позволяющим людям получить доступ к более разумной и чистой энергии, и для правильной работы он должен иметь температурный контроль.
Концентрированные фотоэлектрические приемники (CPV)
Сотни зеркальных отражателей используются в концентрирующих фотоэлектрических элементах (CPV) для направления солнечной энергии к центральному приемнику.Результирующая выходная мощность генерирует тепловой поток у поверхности Солнца!
Для обеспечения постоянной работы приемник CPV, жизненно важный компонент системы, должен охлаждаться с использованием высокоэффективных методов, таких как микроканальное жидкостное охлаждение.
Солнечные тепловые насосы
Чтобы сэкономить деньги на отоплении, тепловой насос с использованием солнечной энергии сочетает в себе обычный тепловой насос с фотоэлектрическим входом.
Микроканальные охлаждающие пластины для силовых модулей IGBT могут повысить энергоэффективность при одновременном снижении общей стоимости владения системой.
Заключение
IGBT выделяют много тепла и могут быть повреждены слишком большим его количеством.Из-за огромных размеров, необходимых для управления огромными объемами тепла, использование решений для воздушного охлаждения, таких как радиаторы, для IGBT с высоким рассеиванием мощности может быть непрактичным.
Жидкостное охлаждение имеет на много порядков больший коэффициент теплопередачи, чем конвекционное охлаждение, что позволяет значительно повысить удельную мощность и использовать более компактные модульные и инверторные решения.Несмотря на то, что жидкостное охлаждение иногда вызывает сопротивление в сфере силовой электроники, необходимо выполнить многие из современных требований к управлению тепловым режимом IGBT.
Жидкостное охлаждение для двигателей внутреннего сгорания используется в автомобильной промышленности уже более века, и идея использования жидкостного охлаждения для силовой электроники в автомобилестроении в настоящее время не рассматривается как проблема.Методы жидкостного охлаждения IGBT включают охлаждающие пластины, тепловые трубки, турбулизаторы и контуры парового охлаждения.
Winshare Thermalloy создает уникальные микроканальные решения для жидкостного охлаждения IGBT, которые помогут вам повысить мощность, эффективность, безопасность и надежность вашей системы силовой электроники.
Pусский
