Also, fangen wir an, die Grundlagen von IGBT zu lernen. IGBT steht für "Insulated Gate Bipolar Transistor". Gibt es elektrische Dingenskirchen? Dies ist ein sehr interessantes Gerät, das uns sozusagen hilft, zu entscheiden, wer wann und wohin Strom erhält. Es ist analog zu einem Lichtschalter in deinem Haus, der den Strom an- oder ausschaltet. IGBTs sind die Kernkomponenten vieler Maschinen und Geräte, die wir im täglichen Leben verwenden, wie Autos, Züge oder sogar Computer. Viele unserer elektronischen Geräte würden ohne IGBTs nicht so gut funktionieren.
Damit ein IGBT richtig und effizient arbeitet, müssen wir etwas namens „Gatterstrom“ kontrollieren. Ein schlechter Gatterstrom führt dazu, dass die Energie an- und ausgeschaltet wird. Im Automobilbeispiel könnte man sagen, es ist wie der Stecker, der ein Fahrzeug einschaltet. Und wenn der Schlüssel nicht umgedreht werden kann, spielt es keine Rolle, wie neu deine Batterie ist – sie bleibt gesperrt. Dasselbe Prinzip gilt hier. Die Folge ist, dass ein IGBT nicht korrekt (an/aus) arbeiten kann, wenn der Gatterstrom Verluste verursacht.
Hier stellt sich die Frage, wie regulieren wir den Gatterstrom? Außerdem müssen wir ihn mit einer geeigneten Menge an Leistung testen. Wenn das IGBT nicht schnell genug ein- und ausgeschaltet werden kann, treten erhebliche Probleme im zu kontrollierenden Gerät aufgrund von Leistungsdefiziten auf. Der Gatterstrom muss überwacht werden, damit alles harmonisch bleibt.
Der Grund, warum das Gatterstrom-Level ein so wichtiger Parameter ist, wird im nächsten Schritt besprochen. Dies ist tatsächlich die Antwort, die wir erhoffen, da sie den IGBT schnell umschalten kann. Stell dir vor, wie du einen Lichtschalter betätigst. Jede Verzögerung, schon in der Sekunde, wenn du ihn umlegst (siehe Video). So sollte auch der IGBT funktionieren. Überhitzung kann außerdem das Gerät beschädigen, wenn das Umschalten so lange dauert, dass es problematisch wird. Überhitzung kann ein Problem sein, weil sie den IGBT beschädigt und unerwünschte Dinge am Gerät selbst verursacht.
Darüber hinaus könnte dies die Energieeffizienz verringern, da beim langsamen Einschalten des IGBTs (was schlecht für die Steigzeit ist) zusätzliche Leistung verloren geht – was bedeutet, dass wir nicht nur dem Gerät schaden, sondern auch Geld aus unserem Haushaltskonto verlieren. Daher ist es entscheidend, das Gatterstrom-Level genau richtig einzustellen, um sicherzustellen, dass alles tut, was es tun muss.
Aber wie steuert man diese Energie besser mit IGBTs? Ein Gatter-Treiber ist eine der Möglichkeiten, dies zu erreichen. Diese Impuls-Werkzeuge können dem Gate mehr Energie geben, was eine bessere und schnellere Schaltung von AN/AUS für den IGBT ermöglicht. Es hilft dabei, das Überhitzungsrisiko zu reduzieren, was wiederum entscheidend ist, um unsere Geräte und ein funktionierendes System aufrechtzuerhalten.
Eine weitere Möglichkeit für uns ist die Verwendung von sanften Umschaltvorgängen (soft switching). Dies sorgt dafür, dass der IGBT langsamer an- und ausgeschaltet wird, sodass er weniger leicht überhitzen kann und dies zu einer höheren Effizienz führen kann. Wie die Namen andeuten, wird soft switching normalerweise in leistungsstarken Maschinen wie Elektroautos und Zügen eingesetzt, um die Maschine besser arbeiten zu lassen und auch viel Energie zu sparen.
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