+ 7 (495) 050-03-79

Предложены варианты создания отечественной силовой микроэлектроники

Состояние электроэнергетики во многом зависит от уровня развития техники, которая преобразовывает электроэнергию к виду, обеспечивающему максимально экономичное ее использование потребителем. При этом наиболее важный элемент преобразователя – это мощный управляемый переключатель в виде транзистора или запираемого тиристора с мощным диодом встречно-параллельного действия. Требования к их частотным характеристикам очень завышены, они должны обладать небольшим остаточным напряжением UF при значительной плотности тока, а это достаточно сложная техническая задача.

В виде переключателей используются биполярные транзисторы IGBT, которые получили статус основных приборов силовой электроники из-за небольших коммутационных потерь и затрат энергии. Их конструкция постоянно усложняется, а стоимость производства таких чипов достаточно высока и окупается только после производства нескольких миллионов наименований. При этом Россия лишилась собственной элементной базы преобразовательной техники, став зависимой от импорта IGBT чипов.

Был предложен путь решения данной проблемы - создание прибора на основе российских технологических линий, аналогичного по параметрам IGBT.

Интегральный тиристор, имеющий внешнее полевое управление

Была исследована возможность изобретения прибора с элементарной ячейкой чипа в виде микротиристора. Фазы переключения таких приборов практически совпадают с IGBT, имея незначительные отличия в процессах распределения концентрации плазмы. Что касается технологии изготовления таких чипов, то она состоит из таких же технологических процессов, как и при производстве биполярных транзисторов.

Проведенные исследования и оценка работы интегрального микротиристорного чипа показали, что его статические характеристики при условии включенного состояния намного выше, чем у современных IGBT чипов. Сравнение осуществлялось при одинаковых динамических характеристиках и рабочем напряжении.

Однако данное исследование не дало окончательных результатов, планируется проведение еще некоторых этапов. Они будут включать действия по усовершенствованию конструкции силовых шин, оптимизации параметров размещения рекомбинационных центров в N-базе и уменьшению площади, на которой располагается система охранных колец.

Высоковольтный диод с высоким быстродействием

Данные диоды применяются в современных преобразователях электрической энергии. К ним также предъявляется требование небольшого остаточного напряжения UF, они должны быть способны быстро переключаться, обеспечивая при этом минимальные коммутационные потери и не создавая всплесков перенапряжения. Для выполнения данных условий было решено создать профильное распределение концентрации рекомбинационных центров в N-базе.

Особенности работы диода препятствуют возникновению всплесков напряжения, которые могут наблюдаться на паразитной индуктивности в силовой цепи. Устойчивую работу всех силовых модулей при этом обеспечивает увеличение параметра остаточного напряжения при росте температуры.

В итоге удалось создать интегральный тиристор, имеющий внешнее полевое управление, который стал новым устройством силовой микроэлектроники. Его параметры при условии значительных рабочих напряжений аналогичны характеристикам зарубежных IGBT от ведущих фирм. При этом конструкция нового тиристора намного проще, поэтому он впоследствии может выпускаться на отечественных технологических линиях.

Для управления тиристором разработан соответствующий полевой транзистор, имеющий малое сопротивление, а также высоковольтный диод с характеристиками, соответствующими мировому уровню, для использования в качестве встречно-параллельного диода.

18.09.2015

© 2001 — 2017 ООО "Маркет-Кабель" - продажа кабеля и провода по Москве и России.
сайт разработан в iQwik