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                大发云彩神app成功开发出可大幅降低功率损耗的功率半导体三栅极IGBT

                ————最多可使开关功率损耗降低40.5%,提高电ω 气设备中电源转换器的效率,为实现碳中和做出贡献
                Mon Jun 07 10:00:00 CST 2021

                株式会社大发云彩神app(以下称“大发云彩神app”)日前宣布成功开发出三栅极IGBT*1,该三栅极IGBT最多可使开关转换时的功率损耗(以下简称“开关损耗”)整体降低40.5%。

                IGBT中的功率损耗存在一种此消彼长的关系,即:当降低IGBT导通状态下的】功率损耗(以下简称“导通损耗”)时,开关损耗便会增加,因此大发云彩神app在这方面进行了改善。大发云彩神app采用具有三个栅电极的新结构硅IGBT和可高精度开关栅电极的栅极控制技术,与仅有一个栅电极的传统IGBT相比,成功∑ 实现了在不增加导通损耗的情况下,大幅降低开关损耗,使█开通损耗*2和关断损耗*3分别降低50%和28%(最□多可降低40.5%的整体损耗)。通过降低功率半导体的①功率损耗来提高能源利用效率,这被认为是实现碳中和的关键手段,其中IGBT是目前广泛应用的主要功率半导体,人们对进一步◣减少其功率损耗的期望越来越高。该技术有望提高各类电气设备的电力转∴换器效率,可广泛应用¤于可再生能源系统、电动汽车、铁路和工业设备等领域。

                大发云彩神app于5月30日至6月2日在线召开的功率半导体国际学术会议“ISPSD2021”上公布了技术细节√。

                开发背景

                控制电力的功率半导体被广泛应用于“发电”、“输送”、“储存”和“优化使用”等各类场景,在确保稳定的电力供应、节能和节电中发挥了不可或缺的作用。近年来,在“全球碳中和”背景下,电动汽车不断普及,采用可再生能源进行发▽电的比重不断增加,功率半导体的市场份额也随之不断扩大。

                同时,为了通〗过降低功率损耗(功率转换时所产生㊣的功率损耗)来实现更高的效率,需要进一步提升功率半导体的性能。其中,高耐压的功率半导体IGBT被广泛应用于电气设备的功率转换器上,因此,从提高能源利用效率的角度来看,降低IGBT的功率损耗将为实现碳中和做ぷ出巨大贡献。

                IGBT可以通过增加元件中电子和空穴的蓄积量来降低导通损耗,但同时开关损耗也随之增加。在过去的30年里,针对采用硅材料的传统IGBT,技术人员主要通过改进元件结构来改善导通损耗和开关损耗,但近年来,其性能改善趋于极限,成为行业一大难题。

                本技术的特征

                因此,大发云彩神app开发出三栅极IGBT和栅极控制技术,采用从栅极驱动电路端灵活控制IGBT内部载流电子和空穴蓄积量的方式,从而≡大幅降低开关损耗。

                此次开发的三栅极IGBT的特征:在同一芯片内具有3个栅极,即主栅极(以下简称“MG”)、第1控制栅极(以下简称“CGp”)和第2控制栅极(以下简称“CGs”),并且3个栅△极采用独立驱动方式。当栅极开通时,通过控制栅极使CGs相对于MG和CGp出现延迟,再实现MG、CGp和CGs三个栅极同时接通。其结果是让大量的电子和空●穴被高速注入并蓄积在IGBT中,从而缩短开关转换时间,并降低开通损耗。

                另一方面,在关断时,让CGs保持关断状态,让CGp先于MG关断,以减少元件内部的电子和空穴。通过上述方式,当MG关断时(即:当IGBT完全关ζ 断时),电子和空穴快速消失,从而降低关断损耗。

                通过三栅极IGBT与栅极控制技术的结合,与传统IGBT相比,成功实现了开通损耗和关断损耗分别降低50%和28%,整体开关损耗最多可降低40.5%。对▓于性能改善趋于极限的硅IGBT而言,该技术可显著降低其功率损耗,从而为降低功率转换器的功率损耗做出巨大「贡献。

                图1:三栅极IGBT和栅极控制信号

                图2:开关转换电№压波形和降低开关损耗的效果

                未来展望

                大发云彩神app将继续推进采用本技术的功率半导体以及栅极控制技▅术的研发工作,争取早日╱实现该技术的商用化。大发云彩神app将致力于提高采用功率电子技术的各类产品性能,为实现碳中和做出贡献。

                *1 IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写。在基极中加入∞了MOSFET的双极性晶体管。

                *2 开关由关断转换到导通时发生的功率损耗。

                *3 开关由导通转换到关断时发生的功率损耗。

                *4 原文请参考』:

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