隨著數字化和可持續發展計劃的推進，大型電氣系統在日常生活中扮演著越來越重要的角色。然而，高效地控制這些高壓系統可能非常具有挑戰性。這篇文章介紹一款用于絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的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)上展示了一款突破性的集成電路(IC)。如果進一步測試產生類似結果，控制大規模電氣設備將變得像運行智能家居一樣便利和高效。

　　改進柵極驅動器的需求

　　IGBT是控制大型電氣系統(如汽車、可再生能源系統和工業機械)的首選技術，因為它們能夠管理數百千瓦的負載。然而，像許多手動開關一樣，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。由于系統關閉和開啟之間存在一個非零的時間段，在此期間電力無處可去，因此會消耗掉。這種能源浪費在小型低功率設備中不是一個顯著的問題，但在大型系統中可能意味著相當大的損失。

　　普通電動汽車充電器在任何時候都能拉動超過七千瓦的功率。在這些高功率設備中，開關損耗會產生更大的影響，隨著這些系統的普及，這一影響將更加顯著。輸入電流和溫度變化會使這些損失更加顯著，因此需要更好的雙極晶體管。

　　解決方案

　　東京大學的研究人員在帶有自動定時控制的柵極驅動IC中找到了一個解決方案。這個定時功能在同一個芯片上工作，可以在一天中自動開關系統，最大限度地減少慢速手動過程中的開關損耗。

　　該柵極驅動器通過感應電流變化作為時間的度量來工作。用戶可以將其編程為在特定時間關閉和開啟，無論溫度波動如何，這對可再生能源或汽車充電器等大型室外系統尤其重要。這種實時、精確的控制將開關損耗的窗口最小化，節省能源并幫助大型系統更高效地啟動。

　　將定時功能和常規數據驅動器集成在單個IC上也是有幫助的。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，使得其大型電子設備昂貴且難以控制。將所有功能集成在單個芯片中可以減少這種復雜性并降低成本。

　　IGBT及其柵極驅動器的未來是什么?

　　具有可編程、耐溫的自動定時柵極驅動器的雙極晶體管具有巨大的潛力。它可以在短期內使工業級電子設備更加實惠和高效，推動數字化的進程。從長遠來看，這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變化很大。因此，電網及其依賴的系統需要更好的方式來管理間歇性電力生成并防止浪費。減少開關損耗將幫助智能變壓器等設備更高效地應對實時波動，從而促進更廣泛的可再生能源采用。

　　減少開關中的能源損失還將使電網更高效。隨著更多系統(如汽車)使用電力作為其能源來源，最大限度地減少浪費將成為確保向更清潔技術轉變的重要組成部分。這些新型柵極驅動器使這種轉變成為可能。

　　雙極晶體管的未來

　　未來是電氣化的，新的IGBT柵極驅動器使電力更加可靠。隨著研究人員進一步探討這一潛力，工業機器和可持續技術都可能看到顯著的增長，許多家用電子設備已經利用了這一基本概念。將其引入高功率系統將帶來巨大的好處。

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