لیمینیٹڈ بس بارز آوارہ انڈکٹنس آپٹیمائزیشن گائیڈ: وولٹیج اسپائکس کو کیسے کم کیا جائے اور SiC انورٹرز میں سوئچنگ نقصانات

روایتی سلیکون IGBTs سے سلیکون کاربائیڈ (SiC) ڈیوائسز میں پاور الیکٹرانک سسٹمز کی منتقلی میں، ایک اہم مسئلہ بتدریج ابھر کر سامنے آیا ہے: SiC ڈیوائسز میں سوئچنگ کی رفتار انتہائی تیز ہوتی ہے، لیکن سسٹم میں گمراہ کن انڈکٹنس کارکردگی کو بری طرح روک سکتا ہے۔ وولٹیج اسپائکس اور ہائی-فریکوئنسی دوغلے جو آوارہ انڈکٹنس کی وجہ سے ہوتے ہیں نہ صرف ڈیوائس کی حفاظت کو خطرے میں ڈالتے ہیں بلکہ SiC کی کارکردگی کے فوائد کو بھی نمایاں طور پر کم کرتے ہیں۔ ہائی-کثافت والے لیمینیٹڈ بس بار اس رکاوٹ کو دور کرنے کے لیے بنیادی ساختی حل ہیں۔ یہ مضمون اس بات کی وضاحت کرے گا کہ کیوں لیمینیٹڈ بس بار انڈکٹنس کو کم کر سکتے ہیں اور انہیں عملی استعمال میں کیسے منتخب کیا جائے۔

I. جب کہ SiC ڈیوائسز تیز ہوتی ہیں، گمراہ انڈکٹنس ایک بڑی رکاوٹ بن جاتی ہے۔

SiC MOSFETs سلیکون ڈیوائسز سے دس گنا زیادہ تیز رفتار پر سوئچ کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں پاور کثافت اور کارکردگی زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، سکے کا دوسرا رخ یہ ہے کہ تیزی سے سوئچنگ کرنٹ (di/dt) کی تبدیلی کی بلند شرح کا باعث بنتی ہے۔ فارمولہ V=L × di/dt کے مطابق، یہاں تک کہ صرف چند نینو ہینریز کا ایک آوارہ انڈکٹنس پورے آلے میں سینکڑوں وولٹ کے وولٹیج اسپائکس پیدا کر سکتا ہے۔ یہ اسپائکس بس وولٹیج پر لگائی جاتی ہیں، اور اگر وہ ڈیوائس کی برداشت کرنے والی وولٹیج کی حد سے تجاوز کر جاتی ہیں، تو وہ ٹوٹ کر جل جائیں گی۔

زیادہ مسئلہ یہ ہے کہ آوارہ انڈکٹنس بھی SiC ڈیوائسز کے آؤٹ پٹ کیپیسیٹینس کے ساتھ گونج سکتا ہے، جس سے ہائی-فریکوئنسی آسکیلیشن (رنگنگ) پیدا ہوتی ہے۔ یہ دوغلا پن سوئچنگ کے نقصانات کو بڑھاتا ہے اور ڈیوائس کو گرم کرنے کا سبب بنتا ہے، اور شدید برقی مقناطیسی مداخلت بھی پیدا کرتا ہے، جو سسٹم کو EMC سرٹیفیکیشن پاس کرنے سے روکتا ہے۔ حفاظت کے لیے، انجینئرز کو اکثر سمجھوتہ کرنا پڑتا ہے: یا تو زیادہ برداشت کرنے والے وولٹیج والے ماڈیولز کا انتخاب کریں (بڑھتی ہوئی لاگت اور نقصانات) یا سوئچنگ کی رفتار کو کم کرنے کے لیے گیٹ کی مزاحمت میں اضافہ کریں (براہ راست SIC کے اعلی-فریکوئنسی فائدہ کو ضائع کرنا)۔ تین پرتوں والے لیمینیٹڈ بس بارز کے ابھرنے کا مقصد ساختی سطح پر اس مسئلے کو ختم کرنا ہے۔

II ہائی-پاور کنورٹر میں لیمینیٹڈ بس بار انڈکٹنس کو کیوں کم کرتا ہے؟

روایتی بس بار میں دو الگ الگ کنڈکٹر ہوتے ہیں، جن میں آگے اور ریورس کرنٹ بہت دور ہوتے ہیں۔ مقناطیسی میدان جو وہ پیدا کرتے ہیں وہ ایک دوسرے کو منسوخ نہیں کر سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں زیادہ آوارہ انڈکٹنس ہوتا ہے۔ ہائی-پاور کنورٹر میں لیمینیٹڈ بس بار کا بنیادی خیال آگے اور ریورس کنڈکٹرز کو ایک ساتھ اسٹیک کرنا ہے، جس سے وہ ایک دوسرے کے بہت قریب چلتے ہیں۔ موجودہ سمتیں مخالف ہیں، اور مقناطیسی میدان کی سمتیں بھی مخالف ہیں۔ دو مقناطیسی میدان ایک دوسرے کو منسوخ کر دیتے ہیں، روایتی حلوں کے ایک-دسواں یا اس سے بھی کم تک آوارہ انڈکٹنس کو کم کر دیتے ہیں۔

مصنوعات کی درجہ بندی کے نقطہ نظر سے، لیمینیٹڈ بس بارز عام کنڈکٹیو بس بارز نہیں ہیں، بلکہ ایک درست طریقے سے ڈیزائن کردہ ڈھانچے کے ساتھ غیر فعال پاور اجزاء ہیں۔ تہوں کی تعداد پر منحصر ہے، عام ڈھانچے میں تین، چار، یا یہاں تک کہ پانچ تہیں شامل ہیں۔ جتنی زیادہ پرتیں ہوں گی، موجودہ راستہ اتنا ہی کمپیکٹ ہوگا اور انڈکٹنس کم ہوگا۔ انورٹر میں کنکشن کے ایک اہم جزو کے طور پر، اس کی انڈکٹنس قدر براہ راست پورے انورٹر کی متحرک کارکردگی کی بالائی حد کا تعین کرتی ہے۔

III درخواست کے مختلف منظرناموں کے لیے لیمینیٹڈ بس بارز کا انتخاب کیسے کریں؟

انتخاب کے لیے بنیادی منطق یہ ہے: پہلے وولٹیج کی سطح، پھر موجودہ صلاحیت، اور آخر میں تنصیب کی جگہ پر غور کریں۔

نئی انرجی گاڑیاں فی الحال لیمبیٹڈ بس بارز کے لیے سب سے تیزی سے-بڑھتی ہوئی ایپلی کیشن ایریا ہیں۔ الیکٹرک کاروں کے لیے لیمینیٹڈ بس بارز کو آٹوموٹیو-گریڈ کمپن اور درجہ حرارت سائیکلنگ کی ضروریات کو پورا کرتے ہوئے بہت کم جگہ کے اندر سینکڑوں ایمپیئر کرنٹ لے جانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ وہ عام طور پر کم انڈکٹینس اور اعلی بھروسے کو متوازن کرنے کے لیے کثیر-پرت کے جامع ڈھانچے کو استعمال کرتے ہیں۔

ریل ٹرانزٹ سیکٹر میں انتہائی اعلی حفاظتی تقاضے ہیں۔ زیر زمین سرنگوں کے بند ماحول میں برقی مقناطیسی مداخلت کو کنٹرول کرتے ہوئے، سب وے کے لیمبیٹڈ بس بارز کو دھماکے کے-ثبوت، آگ-پروف، اور سنکنرن-پروف تحفظ کے لیے سخت معیارات پر پورا اترنا چاہیے۔ لہذا، حفاظتی ڈیزائن والے پروڈکٹس، جیسے ہائی وولٹیج ایکسپلوزن-پروف انورٹر بس بار، اکثر منتخب کیے جاتے ہیں۔

تین-سطح کے انورٹرز جیسی پیچیدہ ٹوپولاجیوں کے لیے، تین-سطح کے انورٹرز کے لیے لیمبیٹڈ بس بارز کو ایک ہی بس بار کے اندر متعدد مثبت اور منفی بسوں کو مربوط کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں اعلی ساختی پیچیدگی اور انٹرلیئر موصلیت اور سیدھ کی درستگی کے لیے زیادہ سخت تقاضے ہوتے ہیں۔ پیچیدہ بس بار کی تنصیبات کے لیے لیمینیٹڈ بس بار صنعتی فریکوئنسی کنورٹرز، انرجی اسٹوریج سسٹم، اور دیگر ایپلی کیشنز کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں، اور اپنی مرضی کے مطابق ملٹی-برانچ ڈیزائن کی حمایت کرتے ہیں۔