PFC Circuit
IGBT و MOSFET في محرك BLDC
إن الاختلافات بين MOSFETs (ترانزستورات التأثير الميداني المصنوعة من أشباه الموصلات وأكاسيد المعادن) و IGBTs (ترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة) في سياق برامج تشغيل محرك BLDC (تيار مستمر بدون فرشاة) كبيرة، مما يؤثر على أدائها وملاءمتها للتطبيق وكفاءتها بشكل عام.
الاختلافات الرئيسية
1. جهد التشغيل والتيار
تستخدم ترانزستورات MOSFET عادةً في التطبيقات ذات الجهد المنخفض، مع تصنيف أقصى يبلغ حوالي 600 فولت. وهي تتفوق في التطبيقات التي تتطلب ترددات تحويل عالية وهي مناسبة لنطاقات الطاقة المنخفضة إلى المتوسطة.
من ناحية أخرى، يمكن لترانزستورات IGBT التعامل مع جهد أعلى بكثير، غالبًا ما يتجاوز 1200 فولت ويصل إلى 1700 فولت أو أكثر. وهي مثالية للتطبيقات عالية الطاقة، مما يجعلها مناسبة للمحركات الصناعية والمركبات الكهربائية.
2. تردد التحويل
يمكن لترانزستورات MOSFET العمل بكفاءة عند ترددات تحويل عالية (تصل إلى عدة مئات من كيلو هرتز)، وهو أمر مفيد للتطبيقات مثل إمدادات الطاقة في وضع التبديل والتحكم في المحركات عالية السرعة.
تقتصر ترانزستورات IGBT عمومًا على ترددات تحويل أقل (عادةً أقل من 20 كيلو هرتز) بسبب خسائر التحويل الأعلى. وهذا يجعلها أقل ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب التبديل السريع.
3. خسائر التوصيل
تظهر ترانزستورات MOSFET خسائر توصيل أقل عند الفولتية المنخفضة، ولكن مع زيادة الجهد، يمكن أن تصبح خسائر التوصيل كبيرة بسبب قيم R_DS(on) الأعلى.
تتمتع ترانزستورات IGBT بانخفاض جهد التوصيل عند التيارات العالية، مما يجعلها أكثر كفاءة في التطبيقات عالية الطاقة حيث تكون خسائر التوصيل بالغة الأهمية.
4. الأداء الحراري
تتمتع ترانزستورات MOSFET عمومًا بأداء حراري أفضل عند الترددات العالية بسبب قدراتها على التبديل بشكل أسرع. ومع ذلك، يمكن أن تعاني من زيادة توليد الحرارة عند الفولتية الأعلى.
تم تصميم ترانزستورات IGBT للتعامل مع الأحمال الحرارية العالية بشكل فعال ويمكنها العمل في بيئات ذات اختلافات كبيرة في درجات الحرارة دون المساس بالأداء.
5. متطلبات التشغيل
تتطلب ترانزستورات MOSFET دوائر تشغيل بوابة أبسط بسبب طبيعتها المدفوعة بالجهد ومقاومة الإدخال العالية.
قد تتطلب ترانزستورات IGBT، على الرغم من أنها مدفوعة بالجهد أيضًا، دوائر تشغيل بوابة أكثر تعقيدًا لإدارة أوقات إيقاف التشغيل الأبطأ والتخفيف من المشكلات مثل تيار الذيل.
6. التطبيقات
تُفضَّل ترانزستورات MOSFET في التطبيقات مثل محولات DC-DC ذات الجهد المنخفض، وأنظمة إدارة البطاريات، ومحركات الطاقة المنخفضة حيث يكون التردد العالي ضروريًا.
تُستخدم ترانزستورات IGBT بشكل شائع في التطبيقات مثل محركات المركبات الكهربائية، ووحدات التحكم في المحركات الصناعية (مبردات الهواء التبخيرية، ومضخات المياه، والمراوح الصناعية، وضواغط مكيفات الهواء...)، وأنظمة الطاقة المتجددة (مثل العاكسات للألواح الشمسية) حيث يكون التعامل مع الجهد والتيار العالي ضروريًا. لتشغيل مبردات الهواء/المراوح ومضخات المياه الصناعية، تُعَد ترانزستورات IGBT الخيار المفضل، حيث يمكنها التعامل مع الجهد والتيارات الأعلى مع الأداء الممتاز في التطبيقات عالية الطاقة. على الرغم من تفوق ترانزستورات MOSFET في بعض التطبيقات منخفضة الطاقة وعالية التردد، إلا أن ترانزستورات IGBT توفر أداءً وموثوقية أفضل لهذه الأجهزة الصناعية. توفر شركة Lumsyn Electronic محركات/وحدات تحكم FOC (التحكم الموجه نحو المجال) عالية الأداء لمحرك BLDC (التيار المستمر بدون فرشاة) ومحرك PMSM (المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم) الذي يستخدم تقنية IGBT. أصبحت الشركة من الشركات الرائدة في تصنيع محركات PMSM/BLDC في الصين، حيث اكتسبت منتجاتها سمعة طيبة في أسواق أوروبا وأمريكا والشرق الأوسط والصين، وخاصة في التطبيقات مثل مبردات الهواء والمراوح ومضخات المياه...
ملخص
باختصار، يعتمد الاختيار بين MOSFETs وIGBTs في محركات BLDC على المتطلبات المحددة للتطبيق:
بالنسبة للتطبيقات عالية التردد ومنخفضة الجهد مع احتياجات طاقة معتدلة، فإن MOSFETs أكثر ملاءمة.
بالنسبة للتطبيقات عالية الجهد وعالية الطاقة حيث تكون الكفاءة بالغة الأهمية عند ترددات التبديل المنخفضة، فإن IGBTs هي المفضلة.
يساعد فهم هذه الاختلافات المهندسين في اختيار الجهاز المناسب لاحتياجات تطبيقاتهم المحددة، وتحسين الأداء والكفاءة في أنظمة التحكم في محركات BLDC