Yüksek Güçte IGCT Anahtarları

 ABB’nin IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)’leri orta gerilim sürücülerinde daha da yüksek güçlere ulaşmak için en uygun güç yarı iletkenleridir. Anahtarlama sırasında en uygun kapama özellikleriyle, bu yarı iletkenler zorlu şartlarda en üst güvenirlikte çalışırlar.

Faz kontrollü tristörler 6 inç çapa kadar mevcut olup en yüksek güce sahip elemanlardır. Böylece büyük LCI sürücülerinde ve HVDC iletim devrelerinde tercih edilirler.
IGBT Modüllerinin içerisindeki alanın %60’tan düşük bir bölümünü IGBT çipleri kaplamaktadır. IGCT’lerde ise bütün disk alanında anahtarlama yapılır. Bu nedenle IGCT gücüne en yakın IGBT StakPak ürünü olup 2000A 4500V değerindedir.
 
Uygulamada IGCT’ler
IGCT ağır sanayide kullanılan, kompakt, az yer kaplayan ve güvenilir orta gerilim sürücülerinin yapılmasına olanak vermiş bir buluştur. Başlıca uygulamaları çelik sanayi, gemi motoru sürücüleri, raylı sistem enerji besleme hatlarıdır. Bir başka ve giderek yaygınlaşan uygulama da eviricilerin içinde asimetrik IGCT’ler kullanılmasıdır. Böylelikle 9MVA’lık bir gücü dönüştürmek mümkün olmuş, IGCT’lerin gücü sayesinde hiçbir seri veya paralel bağlamaya gerek kalmadan sistem basitleşmiş, güvenirlilik artmış ve yerden tasarruf edilmiştir. 
Az sayıda elemanın kullanılması aynı güçte diğer çözümlere göre sistemi daha güvenilir kılmıştır. IGCT konusunda sürekli devam eden teknolojik gelişmeler aynı sistemin sadece IGCT’lerinin değiştirilmesiyle 10MVA’lık güçlere kadar çıkılmasına olanak vermektedir. Gerilim seviyesinin artması da topolojiyi değiştirmeye gerek kalmadan kullanım sırasındaki gerilimin yükselmesine olanak tanıyacaktır. 
Sürücüsünün entegre olması sayesinde düşük endüktans sağlanmış ve böylece IGCT’nin tristör gibi iletip (yani düşük iletim kayıpları) bir transistör gibi kapaması (yani sert kapama ) mümkün olmuştur. Böylelikle bir IGBT gibi aşırı gerilim koruma (snubber) devrelerine ihtiyaç olmamaktadır. IGCT’ler 520 ila 5000A arası, 4500, 5500 ve 6500V bloke gerilimlerine sahip olup asimetrik ve tersten iletebilen (yani diyotu içinde) olarak mevcutturlar.
IGCT silikon dilimin molibden plakaların arasına sıkıştırılmasıyla meydana seramik bir kaptan oluşmaktadır. Bu özelliğiyle içinde lehim veya başka bağlantılar olan güç yarı iletkenlerine göre güç devir-daim testlerinde (power cycling) daha dayanıklıdırlar. Bu da sistemin genel güvenirliliğini artırıcı bir faktördür. Saha testleri sonucu kazandığımız deneyim, IGCT’nin bu mekanik tasarımı sayesinde etrafa herhangi bir hasar vermeden kısa devreye girdiği gözlemlenmiştir.
 
IGCT elemanlarının güvenirliliği
IGCT’ler ile IGBT’ler karşılaştırıldığında tereddütlerden biri de IGCT’nin daha büyük gözüken sürücüsüdür. Aslında sürücü çok basit bir tasarıma sahiptir fakat kapı enerjisinin boşaltılması için belirli sayıda kondansatöre ihtiyaç vardır. Üstündeki elektrolitik kondansatörler özellikle dayanıklı tasarlanmış olup özenle seçilmişlerdir. Bu konuda deneyimimiz sürücü devresinin kabul edilebilir sınırlar içerisinde güvenle çalıştığını göstermiştir. Bu güvenirliliği somut bir şekilde bire bir göstermek henüz mümkün olmamıştır, çünkü henüz IGBT’lerde bir IGCT’nin çalıştığı güç ortamlarına ulaşılmamıştır.
IGCT ve IGBT ürünlerini karşılaştırırken göz önünde bulundurulması gereken bir husus da IGBT modüllerinin genellikle içlerinde ters diyotlarının da oluşudur. Bu durumda karşılaştırma IGCT’lerin de ters bir diyotla çalışırken yapılmalıdır.
Güç yarı iletkenlerinin güvenirliliği sistem tasarımı sırasında ve sistemin kullanım ortamında belli olur. 3 ana hata sebebi kayıt edilmiş ve genel sürücü tasarımında dikkate alınmıştır. Bunlar elemanın istenilen çıkış gerilimine uygun gerilim seçimi ve elemana bağlı olan endüktans değeriyle ilgilidir. Üçüncü dikkat edilmesi gereken hata sebebi de kozmik ışınıma bağlı hatalardır. En önemlisi termal tasarımdır. Bunu yaparken, yarı iletkenin maksimum jonksiyon sıcaklığı ve elemana yüklenme profiline göre oluşacak sıcaklık değişimleri sonucu madde yorulmasına dikkat etmek gerekir. 
 
IGCT ürünlerinin geleceği
ABB IGCT ürünlerinin performansını arttırmaya devam etmektedir. Silikon prosesinde yapılan gelişmeler sonucu 2009 yılında kapatılabilen akım 30% daha fazla olabilmiştir. Bu teknolojiye HPT teknolojisi denmiştir. Bunu takiben yeni nesilde ABB 140°C’de emniyetli çalışma alanını (SOA) daha da büyütmüş ve kapama kayıplarını düşürerek maksimum jonksiyon sıcaklığını 125°C’den 140°C’ye çıkarmıştır. 
Bu gelişmeler sayesinde yüksek gerilimlerde endüstri sürücüleri 6kV’a kadar IGCT’lerle yapmak mümkündür. Bu ürünlerle tek bir IGCT ile yüksek akımları kontrollü bir şekilde anahtarlarken daha düşük kayıplar almak mümkün olmuştur. 
 
ABB aynı zamanda yeni IGCT’lere uygun diyotlar da geliştirmiştir. Bu diyotlar daha yüksek kapama akımlarını aynı di/dt ve DC-Link’te ve daha yüksek sıcaklıkta geçirebilirler.
 

 

Ürünler

Endüstri Otomasyon Eksen Yayincilik hizmetidir.