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研究人员现在通过开发一种小型硅绝缘栅双极晶体管来克服这一信念

发布时间:2019-06-13 15:04:30 来源:

进一步提高功率电子器件中硅基元件的功率转换效率的难度似乎表明我们正在达到该技术潜在进步的极限。然而,由东京大学领导的一个研究小组最近通过开发超过先前性能限制的功率开关器件来挑战这一观点,这说明硅技术仍然可以进一步优化。研究人员开发了一种改进的绝缘栅双极晶体管(IGBT),这是一种用于电源转换的开关,用于切换约600至6500 V的高压。

为了设计他们的IGBT,该团队使用了缩放方法。他们的缩放模拟显示,将IGBT的一部分缩小到其原始尺寸的三分之一可以将其工作电压从15 V降低到仅5 V,并大幅降低其驱动功率。

“我们的IGBT缩放方法基于与传统微电子技术相似的概念,并表明工作电压为5 V的IGBT应该是可行的,”Takuy​​a Saraya说。“但是,我们认为5 V的驱动电压可能太低而无法超越意外的噪音水平并确保可靠运行。”

为了验证他们的模拟结果,研究人员在东京大学的专业洁净室中制造了额定电压为3300 V的IGBT,然后对其性能进行了评估。值得注意的是,IGBT在仅为5 V的工作电压下实现了稳定的开关。这是首次在5 V下实现IGBT开关。

在工作电压仅为5 V时表现出稳定性能的IGBT极具吸引力,因为驱动电路的功耗仅为15 V工作的传统IGBT的10%左右。尽管降低了功率转换效率,但功率转换效率也有所提高工作电压。这种低工作电压也与标准电子处理兼容,这将有助于IGBT驱动电路与其他电子器件的集成。

“IGBT是重要的电力电子元件,”Toshiro Hiramoto解释道。“我们的微型IGBT可以进一步发展更小,功率转换效率更高的先进电力电子产品。”

IGBT存在于电子产品中,包括电动火车和车辆,家用立体声系统和空调。因此,改进的IGBT具有低驱动电压和高功率转换效率,有望提高众多电子产品的性能,有助于缓解现代社会不断增长的能源需求。

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