隨著數字化和可持續發展計劃的發展，大型電氣系統在日常生活中發揮著越來越重要的作用。然而，有效控制這些高壓系統可能具有挑戰性。東京大學的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 可編程柵極驅動器提供了一些改進。

　　一組研究人員在 2023 年應用電力電子會議(APEC)上展示了一種突破性的集成電路 (IC) 。如果進一步的測試產生類似的結果，控制大型電氣設備可能會變得像運行智能家居一樣方便和高效。

　　改進柵極驅動器的需要

　　IGBT 是控制汽車、可再生能源系統和工業機械等大型電氣系統的首選技術，因為它們可以管理數百千瓦的負載。然而，與許多手動開關一樣，它們在從一種狀態轉換到另一種狀態時會經歷開關損耗。

　　開關損耗在電子設備中很常見。由于系統關閉和打開之間存在非零時間間隔，因此存在一個時間窗口，電力無處可去，因此會消散。對于小型低功耗設備來說，這種能源浪費并不是一個重大問題，但對于較大的系統來說，隨著時間的推移，這可能意味著相當大的損失。

　　電動汽車充電器的平均功率在任何時候都超過七千瓦。隨著這些高功率設備和類似系統變得越來越普遍，它們的開關損耗將產生更大的影響。輸入電流和溫度變化會使這些損耗更加嚴重，從而進一步需要更好的雙極晶體管。

　　解決方案

　　東京大學研究人員找到了一種具有自動時序控制的柵極驅動器 IC 解決方案。該定時功能在同一芯片上運行，可以全天自動打開和關閉系統，從而最大限度地減少較慢的手動過程造成的開關損耗。

　　柵極驅動器通過感測電流的變化來測量時間。然后，用戶可以對其進行編程，使其在特定時間關閉和打開，而不管溫度波動如何，大型戶外系統(如可再生能源或汽車充電器)會遇到這種情況。這種實時、精確的控制最大限度地減少了發生開關損耗的窗口，從而節省能源并幫助大型系統更有效地啟動。

　　在單個 IC 上包含計時功能和常規日期驅動器也很有幫助。在當今的許多工業系統中，公司必須管理多個供應商和零件編號，這使得大型電子產品價格昂貴且難以控制。將所有內容都集成在一個芯片中可以降低復雜性并降低成本。

　　IGBT 及其柵極驅動器的下一步是什么?

　　用于雙極晶體管的可編程、耐溫自動定時柵極驅動器具有巨大的潛力。它可以在短期內使工業級電子產品變得更加經濟實惠和高效，從而推動數字化的發展。從長遠來看，此類技術可以為電網現代化和更高的可持續性奠定基礎。

　　清潔能源的最大障礙之一是可再生能源生產因外部條件而存在很大差異。因此，電網和依賴電網的系統需要更好的方法來管理間歇性發電并防止浪費。減少開關損耗將有助于智能變壓器等設備更有效地響應實時波動，從而實現更廣泛的可再生能源采用。

　　減少開關過程中的能量損失也將使電網更加高效。隨著越來越多的系統(例如汽車)使用電力作為動力源，最大限度地減少浪費將成為確保轉向更清潔技術的重要組成部分。這些新的柵極驅動器實現了這一轉變。

　　雙極晶體管的未來

　　未來是電動的，新型 IGBT 柵極驅動器使電力更加可靠。隨著研究人員進一步深入研究這一潛力，工業機器和可持續技術都可能出現顯著增長。許多家用電子產品已經利用了這一相同的基本概念。將其應用于高功率系統將產生巨大的好處。浮思特科技深耕功率器件領域，為客戶提供IGBT、IPM模塊、module等功率器件，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。