La dificultad de aumentar aún más la eficiencia de conversión de potencia de los componentes basados en silicio en la electrónica de potencia parece indicar que estamos llegando al límite de los posibles avances de esta tecnología. Sin embargo, un grupo de investigación encabezado por la Universidad de Tokio cuestionó recientemente esa opinión.mediante el desarrollo de un dispositivo de conmutación de potencia que supera los límites de rendimiento anteriores, lo que ilustra que la tecnología de silicio aún se puede optimizar aún más. Los investigadores desarrollaron un transistor bipolar de puerta aislada IGBT mejorado, que es un tipo de interruptor utilizado en la conversión de energía para conmutar altos voltajesalrededor de 600 a 6500 V.
Para diseñar su IGBT, el equipo utilizó un enfoque de escala. Sus simulaciones de escala revelaron que reducir la escala de una IGBT a un tercio de su tamaño original podría reducir su voltaje de operación de 15 V a solo 5 V y disminuir sustancialmente su potencia de conducción.
"Nuestro enfoque de escalado IGBT se basó en un concepto similar al utilizado en la microelectrónica tradicional e indicó que un IGBT con un voltaje operativo de 5 V debería ser factible", dice Takuya Saraya. "Sin embargo, pensamos que un voltaje de conducción de5 V puede ser demasiado bajo para superar el nivel de ruido inesperado y garantizar un funcionamiento confiable "
Para verificar los resultados de su simulación, los investigadores fabricaron su IGBT con un voltaje nominal de 3300 V en una sala limpia especializada en la Universidad de Tokio y luego evaluaron su rendimiento. En particular, el IGBT logró una conmutación estable a un voltaje operativo de solo 5V. Esto representa la primera vez que la conmutación IGBT se realiza a 5 V.
Un IGBT que exhibe un rendimiento estable a un voltaje de operación de solo 5 V es extremadamente atractivo porque el consumo de energía del circuito de accionamiento es solo alrededor del 10% del de un IGBT convencional que funciona a 15 V. La eficiencia de conversión de energía también mejora a pesar deel voltaje de operación reducido. Un voltaje de operación tan bajo también es compatible con el procesamiento electrónico estándar, lo que ayudará a la integración de los circuitos de accionamiento IGBT con otros dispositivos electrónicos.
"Los IGBT son componentes electrónicos de potencia importantes", explica Toshiro Hiramoto. "Nuestro IGBT miniaturizado podría conducir a un mayor desarrollo de electrónica de potencia avanzada que son más pequeños y tienen una mayor eficiencia de conversión de potencia".
Los IGBT se encuentran en productos electrónicos que van desde trenes y vehículos eléctricos hasta equipos de música domésticos y aires acondicionados. Por lo tanto, el IGBT mejorado con bajo voltaje de conducción y alta eficiencia de conversión de energía promete aumentar el rendimiento de numerosos dispositivos electrónicos, ayudando a mitigar el aumento de la sociedad modernademandas de energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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