ไอจีบีทีในแหล่งจ่ายไฟฟ้าการเหนี่ยวนำ: วิธีการทำงานและเหตุผลที่นิยมใช้

IGBT เป็นหนึ่งในอุปกรณ์กึ่งตัวนำกำลังที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ให้ความร้อนด้วยเหนี่ยวนำในอุตสาหกรรม. ในแหล่งจ่ายไฟสำหรับการให้ความร้อนด้วยเหนี่ยวนำแบบทั่วไป, มันตั้งอยู่ภายในขั้นตอนอินเวอร์เตอร์และสลับพลังงาน DC ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าสลับที่จำเป็นสำหรับวงจรรวมและขดลวดเหนี่ยวนำ.

เส้นทางพลังงานที่เรียบง่ายคือ:

IGBT ไม่ได้กำหนดผลการให้ความร้อนด้วยตัวเอง. มันเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่อินเวอร์เตอร์, ส่วนประกอบเรโซแนนท์, ขดลวดเหนี่ยวนำ และโหลดต้องทำงานร่วมกัน.

Ⅰ. IGBT คืออะไร?	Ⅳ. การสวิตช์ IGBT และวงจรให้ความร้อนเรโซแนนท์
Ⅱ. ทำไมต้องใช้ IGBT ในแหล่งจ่ายไฟเหนี่ยวนำ?	Ⅴ. IGBT และ DSP ทำหน้าที่อะไร?
Ⅲ. IGBT หรือ MOSFET?

Ⅰ. IGBT คืออะไร?

IGBT ย่อมาจาก ทรานซิสเตอร์สองขั้วเกตฉนวน. มันเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังที่มีขั้วหลักสามขั้ว: เกต, คอลเล็กเตอร์ และอีมิเตอร์.

สำหรับอุปกรณ์ทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ, จุดสำคัญนั้นค่อนข้างง่าย: IGBT สามารถเปลี่ยนแรงดันและกระแสที่ค่อนข้างสูงในขณะที่ถูกควบคุมจากเกต. ทำให้เหมาะสำหรับสื่อหลายประเภท- และการออกแบบอินเวอร์เตอร์กำลังสูง.

ภายในแหล่งจ่ายไฟเหนี่ยวนำ, โดยปกติ IGBT จะทำงานเป็นสวิตช์. โดยจะเปิดและปิดซ้ำๆ แทนที่จะทำงานเป็นแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น.

การสลับนี้จะแปลงบัส DC ให้เป็นเอาต์พุต AC แบบควบคุมที่ความถี่การทำงานที่ต้องการ.

เทคโนโลยี IGBT ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการทำความร้อนทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความสมดุลของความสามารถด้านพลังงานที่เป็นประโยชน์, ประสิทธิภาพการสลับ, ความน่าเชื่อถือและต้นทุน. มันไม่ใช่ทางเลือกเดียว, อย่างไรก็ตาม. นอกจากนี้ MOSFET แบบทั่วไปและ SiC MOSFET ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความถี่ในการเปลี่ยนและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเปลี่ยนไป.

Ⅱ. ทำไมต้องใช้ IGBT ในแหล่งจ่ายไฟเหนี่ยวนำ?

ขดลวดเหนี่ยวนำต้องใช้กระแสสลับที่ความถี่ที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการทำความร้อน. แหล่งจ่ายไฟหลักธรรมดาไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับขดลวดได้.

ไฟ AC ขาเข้าจะถูกแก้ไขก่อน. หลักการ อินเวอร์เตอร์ จากนั้นจึงสลับบัส DC ที่ได้และจ่ายวงจรทำความร้อนแบบเรโซแนนซ์.

นี่คือที่มาของ IGBT.

กระแสที่เกิดขึ้นจะไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนำและสร้างสนามแม่เหล็กสลับ. เมื่อชิ้นงานที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ช่องนี้, กระแสไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำในโลหะและความร้อนเกิดขึ้นในชิ้นงาน.

สำหรับระบบอุตสาหกรรม, การเลือกอุปกรณ์จะทำที่ระดับตัวแปลงมากกว่าจากกฎง่ายๆ เช่น "พลังงานสูงหมายถึง IGBT”

ระบบทำความร้อนด้วยแท่งเหล็กกำลังสูงที่ทำงานที่ความถี่ปานกลาง, ตัวอย่างเช่น, สร้างความต้องการทางไฟฟ้าที่แตกต่างอย่างมากจากหน่วยทำความร้อนความถี่สูงขนาดกะทัดรัด.

แรงดันไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, ความถี่สวิตชิ่ง, โทโพโลยี, การระบายความร้อนและภาระเรโซแนนซ์ทั้งหมดส่งผลต่อการเลือก.

มีประเด็นปฏิบัติอีกข้อหนึ่ง. ภาระที่เห็นโดยแหล่งจ่ายไฟเหนี่ยวนำไม่ได้คงที่อย่างสมบูรณ์.

เมื่อชิ้นส่วนเหล็กเข้าสู่ขดลวด, ภาระไฟฟ้าที่สะท้อนกลับไปยังอินเวอร์เตอร์เปลี่ยนแปลง. เมื่อชิ้นส่วนร้อนขึ้น, ความต้านทานไฟฟ้าของมันเปลี่ยนไป, และวัสดุเฟอโรแมกเนติกยังเปลี่ยนพฤติกรรมแม่เหล็กตามอุณหภูมิ. ดังนั้นอินเวอร์เตอร์และระบบควบคุมจึงต้องทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือขณะโหลดเปลี่ยนแปลง.

การไหลของพลังงานผ่านแหล่งจ่ายไฟความร้อนเหนี่ยวนํา IGBT.

Ⅲ. IGBT หรือ MOSFET?

MOSFET ซิลิคอนโดยทั่วไปจะสวิตช์ได้เร็วกว่าและนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อต้องการความถี่สวิตช์สูง. IGBT ยังคงเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงในระบบอุตสาหกรรมหลายแห่งที่ต้องจัดการแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจํานวนมากในความถี่ที่เหมาะสมกับอุปกรณ์.

SiC MOSFETs ได้ขยายขอบเขตนี้ไปอีกขั้น. พวกมันผสานความสามารถแรงดันสูงเข้ากับการสวิตช์ที่รวดเร็วขึ้น, แม้ว่าต้นทุนของอุปกรณ์, การออกแบบเกตไดรฟ์, การป้องกันและการจัดวางระบบก็ต้องพิจารณาด้วย.

ข้อจํากัดหนึ่งของ IGBT คือพฤติกรรมการปิดเครื่อง. ประจุที่เก็บไว้ภายในอุปกรณ์จะก่อให้เกิด กระแสไฟท้าย, ซึ่งส่งผลให้เกิดการสูญเสียการสวิตช์. เมื่อ ความถี่สวิตชิ่ง เพิ่มขึ้น, การสูญเสียครั้งนี้มีความสำคัญมากขึ้น.

นี่ไม่ได้หมายความว่า IGBT จะมีความถี่สูงสุดคงที่เพียงความถี่เดียวสำหรับทุกแอปพลิเคชัน. การสร้างอุปกรณ์, กระแสไฟฟ้า, แรงดันไฟฟ้า, อุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อและการที่อินเวอร์เตอร์ใช้การสลับแบบฮาร์ดหรือแบบอ่อนนั้นสำคัญทั้งหมด.

ในอุปกรณ์ทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ, การเลือกเซมิคอนดักเตอร์จึงเทียบกับของจริง ระดับกำลังไฟ, ช่วงความถี่, วงจรเรโซแนนซ์, สภาพการทำความเย็นและภาระที่คาดหวัง.

Ⅳ. การสวิตช์ IGBT และวงจรให้ความร้อนเรโซแนนท์

แหล่งจ่ายไฟให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้โหลดแบบเรโซแนนซ์.

ขดลวดเหนี่ยวนำให้ตัวเหนี่ยวนำ, ในขณะที่ตัวเก็บประจุถูกเพิ่มเพื่อสร้างความต้องการ วงจรเรโซแนนซ์. ขึ้นอยู่กับการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ, อาจใช้เรโซแนนซ์อนุกรม, เรโซแนนซ์ขนานหรือการจัดเรียงเรโซแนนซ์อื่นๆ.

ความสัมพันธ์พื้นฐานสามารถมองได้ว่า:

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนําอุตสาหกรรมอาจมีขนาดใหญ่มาก. เรโซแนนซ์ช่วยให้ระบบจัดการการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างส่วนเหนี่ยวนําและความจุในวงจร ขณะที่อินเวอร์เตอร์จ่ายพลังงานจริงที่ชิ้นงานใช้และการสูญเสียไฟฟ้า.

นี่ก็เป็นเหตุผลว่าทำไมอินเวอร์เตอร์ไม่สามารถออกแบบโดยแยกจากคอยล์ได้.

การเปลี่ยนแปลงอินดักเตอร์, รูปทรงชิ้นงาน หรือเงื่อนไขการทำงานที่เปลี่ยนแปลงโหลด. ในเครื่องจักรการผลิต, การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นต้องอยู่ในช่วงการทำงานของแหล่งจ่ายไฟ.

เทคนิคการสวิตช์แบบนุ่มมักถูกใช้เพื่อลดการสูญเสียของเซมิคอนดักเตอร์. แทนที่จะบังคับให้ IGBT สวิตช์ภายใต้การรวมกันที่แย่ที่สุดของแรงดันและกระแส, วงจรถูกใช้งานเพื่อให้การสวิตช์เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขทางไฟฟ้าที่เอื้ออำนวยมากขึ้น.

การใช้งานที่แน่นอนขึ้นอยู่กับโทโพโลยีของอินเวอร์เตอร์.

ในอินเวอร์เตอร์แบบเหนี่ยวนำด้วยเรโซแนนซ์หลายตัว, ความถี่การสวิตช์สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความถี่การทำงานของวงจรเรโซแนนซ์. ความสัมพันธ์ที่แน่นอนขึ้นอยู่กับโทโพโลยีของอินเวอร์เตอร์และวิธีการควบคุม.

Ⅴ. IGBT และ DSP ทำหน้าที่อะไร?

อุปกรณ์ทำความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำสมัยใหม่มักผสมผสาน การแปลงพลังงานของ IGBT กับการควบคุมดิจิทัลของ DSP.

หน้าที่ของพวกเขาแตกต่างกัน.

ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของแหล่งจ่ายไฟ, การจัดเรียง ระบบควบคุมดีเอสพี อาจประมวลผลสัญญาณแรงดันและกระแส, ควบคุม กำลังขับ, ควบคุมหรือติดตามความถี่ในการทำงาน, จัดการเวลาในการทำความร้อนและตอบสนองต่อสภาวะความผิดปกติ.

ในอุปกรณ์อัตโนมัติ, แพลตฟอร์มควบคุมเดียวกันสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกับ PLC หรือระบบสายการผลิตได้. การตอบสนองอุณหภูมิ, สูตรกระบวนการ, สามารถเพิ่มขีดจำกัดการแจ้งเตือนและบันทึกการผลิตได้ในกรณีที่ระบบที่เลือกรองรับ.

สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการผลิตต่อเนื่อง. การเปลี่ยนแปลงความเร็วของสาย, ข้อกำหนดเฉพาะของชิ้นงานหรือข้อกำหนดด้านความร้อนอาจทำให้มีสภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน, และแหล่งจ่ายไฟจำเป็นต้องปฏิบัติตามกระบวนการดังกล่าวในลักษณะที่ได้รับการควบคุม.

ด้วยเหตุนี้, อธิบายเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำง่ายๆ ว่าเป็น "เครื่อง IGBT” ไม่ได้พูดอะไรมากนักเกี่ยวกับประสิทธิภาพที่แท้จริงของมัน.

ทั้ง IGBT และ DSP ไม่ทำงานแยกกัน. การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำที่เสถียรขึ้นอยู่กับอินเวอร์เตอร์, วงจรเรโซแนนซ์, คอยล์เหนี่ยวนำ, ระบบระบายความร้อนและกลยุทธ์การควบคุมที่ตรงกับโหลด.

คีย์ Takeaway

อันหนึ่ง IGBT สลับบัส DC ภายในอินเวอร์เตอร์; มันไม่ได้กำหนดผลลัพธ์การให้ความร้อนด้วยตัวมันเอง. ประสิทธิภาพการใช้งานมาจากอินเวอร์เตอร์, วงจรเรโซแนนซ์, คอยล์เหนี่ยวนำ, การระบายความร้อนและการควบคุมจะจับคู่กับโหลด. ทางเลือกระหว่าง IGBT, MOSFET และ SiC ตามมาจากกำลัง, ความถี่, โทโพโลยีและโหลดที่เปลี่ยนแปลง.

คำถามที่พบบ่อย

คลิกคำถามเพื่อขยายคำตอบ.

IGBT เป็นอุปกรณ์จ่ายไฟเพียงตัวเดียวที่ใช้ในการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำหรือไม่?

ไม่ใช่. นอกจากนี้ยังใช้ Silicon MOSFET และ SiC MOSFET อีกด้วย, โดยเฉพาะที่ความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้น. IGBT ยังคงเป็นทางเลือกที่เป็นประโยชน์ซึ่งต้องจัดการแรงดันและกระแสจำนวนมากที่ความถี่ที่เหมาะสมกับอุปกรณ์.

IGBT tail ปัจจุบันคืออะไร, และทำไมมันถึงสำคัญ?

กระแสไฟส่วนท้ายคือกระแสที่ยังคงไหลต่อไปในช่วงสั้นๆ เมื่อปิดเครื่องเนื่องจากมีประจุที่เก็บไว้ในอุปกรณ์. มันเพิ่มการสูญเสียการสลับ, และการสูญเสียจะเพิ่มขึ้นเมื่อความถี่ในการเปลี่ยนเพิ่มขึ้น.

กำลังที่สูงกว่าหมายความว่าอินเวอร์เตอร์ควรใช้ IGBT เสมอหรือไม่?

ไม่จำเป็น. การเลือกอุปกรณ์ทำขึ้นโดยเทียบกับระดับพลังงาน, ช่วงความถี่, วงจรเรโซแนนซ์, การระบายความร้อนและภาระที่คาดหวัง — ไม่ใช่จาก "พลังงานสูง" แบบธรรมดาซึ่งหมายถึง IGBT” กฎ.

DSP ทำอะไรในแหล่งจ่ายไฟทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ IGBT?

IGBT จัดการการสลับพลังงาน; ดีเอสพีจัดการการควบคุม, การตรวจสอบและการป้องกัน — การควบคุมกำลังไฟฟ้าที่ออก, การติดตามความถี่, การจัดการเวลาการให้ความร้อนและการตอบสนองต่อความผิดพลาด.