تستخدم هذه الصفحة JavaScript جزئيًا. قد لا تعمل هذه الصفحة بشكل طبيعي عندما لا يدعم المستعرض الخاص بك هذه الوظائف أو يتم تعطيل الإعداد.
توشيبا تدمج محرك IC عالي الأداء للتحكم في الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة في شريحة واحدة لأول مرة
- يعمل أول IC مختلط رقمي تناظري في العالم على تقليل الضوضاء بنسبة 51٪ ، مما يساهم في تحقيق مجتمع محايد للكربون عن طريق تقليل حجم وكفاءة دوائر محرك المحرك ومحولات التيار المتردد والتيار المتردد-
29 أكتوبر، 2021
شركة توشيبا
نبذة
أظهرت شركة TOKYO─Toshiba Corporation (طوكيو: 6502) أول تصنيع ناجح في العالم للدوائر عالية الأداء مع التكامل التناظري الرقمي على محرك شريحة واحدة مدمج الدارة الكهربائية (IC) للتحكم في الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة (* 1). يكتشف IC المطور الجهد االكهربى والحالة الحالية لأشباه موصلات الطاقة بسرعات عالية جدًا تبلغ 2 ميكرو ثانية أو أقل ، ويقلل التحكم الدقيق من الضوضاء الناتجة عن أشباه موصلات الطاقة بنسبة تصل إلى 51٪. تؤكد الحسابات النظرية أيضًا أنه يمكن تقليل فقد الطاقة عند قيادة المحرك بنسبة 25٪ مقارنة بتقليل الضوضاء المكافئ بالطرق التقليدية. في حالة حدوث ماس كهربائي أو عطل آخر ، فإن الطاقة أشباه الموصلات يمكن حمايتها على الفور لمنع تلفها.
هذا هو التكنلوجيا الذي يزيد من أداء أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي. وسوف يساهم في تحقيق مجتمع محايد للكربون من خلال المساعدة في التصغير والكفاءة العالية والموثوقية العالية لدوائر تشغيل المحركات ومحولات التيار المستمر والتيار المتردد المستخدمة في السيارات الكهربائية والمعدات الصناعية وشبكات الطاقة الذكية وما إلى ذلك.
خلفية عن التطوير
تتحكم أشباه موصلات الطاقة في الفولتية والتيارات. يتم استخدامها لقيادة المحركات في العديد من التطبيقات، ولتحويل الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتردد. لتحقيق مجتمع خالٍ من الكربون، من الضروري تحسين الكفاءة وتقليل حجم أشباه موصلات الطاقة ومحولات الطاقة. علاوة على ذلك، القوة أشباه الموصلات يستمر السوق في التوسع كل عام، وقد نما السوق العالمي للدوائر المتكاملة للتشغيل للتحكم في أشباه موصلات الطاقة من حوالي 140 مليار ين في عام 2017 إلى حوالي 180 مليار ين في عام 2021، ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه في المستقبل (*2).
حاليًا، توجد أجهزة مثل الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBT) (*3) وترانزستورات تأثير المجال من معدن السيليكون وأكسيد وأشباه الموصلات (Si-MOSFET) (*4) تُستخدم عادةً لأشباه موصلات الطاقة. سيتطلب تحسين الكفاءة بشكل أكبر تقليل فقدان الطاقة الذي يحدث أثناء تحويل الطاقة، وبالتالي فإن تطوير الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة ذات خصائص فقدان منخفضة مثل كربيد السيليكون MOSFET (SiC-MOSFET) (*5) قيد التقدم. ستعمل أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي على تقليل فقدان الطاقة أثناء تحويل الطاقة، وتحقيق كفاءة عالية، وتسهيل تبديد الحرارة، وبالتالي تمكين التخفيضات في كل من الحجم والوزن. ومع ذلك، عندما يتم التحكم في هذه الأجهزة باستخدام طرق الدوائر التقليدية، فإن تقليل فقدان الطاقة يأتي على حساب زيادة الضوضاء. علاوة على ذلك، تتقلص مسارات تبديد الحرارة، لذلك في حالة حدوث ماس كهربائي أو أي خطأ آخر غير محتمل، سترتفع درجة الحرارة على الفور، مما يسهل على عناصر أشباه الموصلات أن تنكسر.
كان هناك بحث حول تقنيات تقليل الضوضاء في أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي من خلال تحسين طرق التحكم ، ولكن المرونة في تقليل الضوضاء كانت مشكلة لأن الطريقة المثلى للقيام بذلك تختلف وفقًا للجهد والحالة الحالية لعنصر أشباه الموصلات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب الأساليب التقليدية من مصممي النظام تنفيذ وظائف الكشف عن الأخطاء والحماية للدوائر القصيرة وما شابه ذلك عبر كمبيوتر صغير ، ويمكن أن يؤدي التأخير المتأصل إلى تلف العنصر.
ميزات التكنولوجيا
وبالتالي ، فقد عالجت توشيبا هذه المشكلة من خلال تطوير أول محرك بوابة أحادية الشريحة عالي الأداء في العالم مع الدوائر التناظرية والرقمية المختلطة. تقليديًا ، يتطلب تحقيق وظائف عالية مثل تلك التي يوفرها هذا IC تكوينات باستخدام العديد من مكونات أشباه الموصلات الفردية مثل محولات الإشارة والذكريات ودوائر التشغيل ودوائر مكبر الصوت. ومع ذلك ، فإن تركيب الدوائر التناظرية والرقمية معًا ، يسمح باستخدام دائرة تناظرية لاكتشاف الجهد والتيار في عناصر أشباه موصلات الطاقة بالإضافة إلى دائرة رقمية لتحديد طريقة تحكم بناءً على نتائج الاكتشاف ، وبالتالي تحقيق التحكم الأمثل بواسطة واحد رقاقة بدون أجزاء كثيرة. تحتوي أشباه الموصلات المطورة أيضًا على ذاكرة لتخزين طرق التحكم ، وأثناء التحكم ، تحقق دائرة تحسين الدقة التي تجمع بين الدوائر الرقمية منخفضة السرعة والدوائر التناظرية عالية السرعة التحكم الدقيق المناسب باستخدام الدوائر التناظرية فقط لتلك الأجزاء التي تتطلب تحكمًا عالي السرعة.
طورت Toshiba أيضًا تقنية معالجة مسبقة لشكل الموجة التناظرية التي تستخرج فقط تلك الميزات المطلوبة للتحكم واكتشاف الأعطال من الجهد العالي السرعة وأشكال الموجة الحالية لأشباه موصلات الطاقة ، مما يسمح باكتشاف الأعطال باستخدام تناظري منخفض السرعة إلى رقمي محول. وبالتالي ليست هناك حاجة للمرور عبر كمبيوتر صغير ، مما يسمح بالكشف الفوري عن دوائر القصر والأعطال الأخرى.
يمكن أيضًا تحقيق هذا IC من خلال تقنيات عملية مكملة منخفضة التكلفة لأكسيد وأشباه الموصلات (CMOS) (* 6) تتوافق مع معدات التصنيع الحالية. باستخدام هذا IC ، نجحت الشركة في التحكم في أشباه موصلات طاقة 1.2 كيلو فولت SiC-MOSFET وتقليل جهد التيار الكهربائي ، وهو سبب رئيسي لتوليد الضوضاء ، بنسبة 51٪ دون زيادة فقدان الطاقة. قد يؤدي استخدام الطرق التقليدية لتقليل زيادة التيار المكافئ إلى زيادة الخسارة عند قيادة المحرك ، لكن الحسابات النظرية تظهر بوضوح أن استخدام IC هذا يمكن أن يقلل من فقد الطاقة بنسبة 25٪. نجح IC أيضًا في اكتشاف حالة الخطأ بسرعات منخفضة تصل إلى 2 ميكرو ثانية دون استخدام كمبيوتر صغير. من المتوقع أن تؤدي هذه الميزات إلى تعظيم أداء أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي.
الشكل 2: تأثير تقليل الضوضاء عند التحكم في أشباه موصلات الطاقة SiC-MOSFET ونتائج اكتشاف الأخطاء عالية السرعة.
التطورات المستقبلية
تهدف مجموعة Toshiba إلى الاستخدام العملي لـ IC المطوّر بحلول عام 2025. تُعد إلكترونيات الطاقة أحد الأسواق التي تركز عليها مجموعة Toshiba Group ، والتي ستستمر في تطوير التقنيات المتعلقة بهذا IC. ستروج المجموعة لتطبيق أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي لأنظمة تحويل الطاقة المختلفة ، وبالتالي المساهمة في تقليل ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات من خلال الكفاءة العالية لأشباه موصلات الطاقة ، وتحقيق مجتمع محايد للكربون.
* 1: تم تقديم هذه التكنولوجيا في مؤتمر ومعرض تحويل الطاقة لعام 2021 IEEE ، وهو مؤتمر IEEE دولي عُقد عبر الإنترنت في الفترة من 10 إلى 14 أكتوبر 2021.
* 2: المصدر:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: ثنائي القطب الترانزستور مع MOSFET مدمج في القاعدة.
* 4: Si-MOSFET: نوع من الترانزستور أكثر ملاءمة للعمليات منخفضة الطاقة وعالية السرعة مقارنة بـ IGBTs.
* 5: SiC-MOSFET: أشباه موصلات طاقة تستخدم مادة جديدة ، SiC.
* 6: CMOS: نوع من دوائر أشباه الموصلات تستخدم في أجهزة الكمبيوتر الشخصية والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
تستخدم هذه الصفحة JavaScript جزئيًا. قد لا تعمل هذه الصفحة بشكل طبيعي عندما لا يدعم المستعرض الخاص بك هذه الوظائف أو يتم تعطيل الإعداد.
توشيبا تدمج محرك IC عالي الأداء للتحكم في الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة في شريحة واحدة لأول مرة
- يعمل أول IC مختلط رقمي تناظري في العالم على تقليل الضوضاء بنسبة 51٪ ، مما يساهم في تحقيق مجتمع محايد للكربون عن طريق تقليل حجم وكفاءة دوائر محرك المحرك ومحولات التيار المتردد والتيار المتردد-
29 أكتوبر، 2021
شركة توشيبا
نبذة
أثبتت شركة TOKYO─Toshiba Corporation (طوكيو: 6502) أول تصنيع ناجح في العالم للدوائر عالية الأداء مع التكامل التناظري الرقمي على دائرة متكاملة لمحرك رقاقة واحدة (IC) للتحكم في الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة (* 1). يكتشف IC المطور الجهد والحالة الحالية لأشباه موصلات الطاقة بسرعات عالية جدًا تبلغ 2 ميكرو ثانية أو أقل ، ويقلل التحكم الدقيق من الضوضاء الناتجة عن أشباه موصلات الطاقة بنسبة تصل إلى 51٪. تؤكد الحسابات النظرية أيضًا أنه يمكن تقليل فقد الطاقة عند قيادة المحرك بنسبة 25٪ مقارنة بتقليل الضوضاء المكافئ بالطرق التقليدية. في حالة حدوث ماس كهربائي أو عطل آخر ، يمكن حماية أشباه الموصلات الكهربائية على الفور لمنع تلفها.
هذه تقنية تزيد من أداء أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي. سيساهم في تحقيق مجتمع محايد للكربون من خلال المساعدة في التصغير والكفاءة العالية والموثوقية العالية لدوائر محرك المحرك ومحولات التيار المستمر والتيار المتردد المستخدمة في السيارات الكهربائية والمعدات الصناعية وشبكات الطاقة الذكية وما إلى ذلك.
خلفية عن التطوير
تتحكم أشباه موصلات الطاقة في الفولتية والتيارات. يتم استخدامها لتشغيل المحركات في العديد من التطبيقات ، ولتحويل طاقة التيار المتردد إلى التيار المتردد. لتحقيق مجتمع محايد للكربون ، من الضروري تحسين الكفاءة وتقليل حجم أشباه موصلات الطاقة ومحولات الطاقة. علاوة على ذلك ، يستمر سوق أشباه موصلات الطاقة في التوسع كل عام ، وقد نما السوق العالمي للسائقين ICs للتحكم في أشباه موصلات الطاقة من حوالي 140 مليار ين في عام 2017 إلى ما يقرب من 180 مليار ين في عام 2021 ، ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه في المستقبل (* ٢).
حاليًا ، تُستخدم عادةً أجهزة مثل الترانزستورات ثنائية القطب المعزولة بالبوابة (IGBT) (* 3) والترانزستورات ذات التأثير الميداني من أكسيد السيليكون وأشباه الموصلات (Si-MOSFET) (* 4) لأشباه موصلات الطاقة. سيتطلب التحسين الإضافي للكفاءة تقليل فقد الطاقة الذي يحدث أثناء تحويل الطاقة ، لذا فإن تطوير الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة بخصائص منخفضة الخسارة مثل كربيد السيليكون MOSFET (SiC-MOSFET) (* 5) قيد التقدم. ستعمل أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي على تقليل فقد الطاقة في تحويل الطاقة ، وتحقيق كفاءة عالية ، وتسهيل تبديد الحرارة ، وبالتالي تمكين تقليل الحجم والوزن. ومع ذلك ، عندما يتم التحكم في هذه الأجهزة باستخدام طرق الدوائر التقليدية ، فإن تقليل فقدان الطاقة يأتي على حساب الضوضاء المتزايدة. علاوة على ذلك ، تتقلص مسارات تبديد الحرارة ، لذلك في حالة حدوث دائرة قصر أو عطل آخر غير محتمل ، سترتفع درجة الحرارة على الفور ، مما يسهل على عناصر أشباه الموصلات الانكسار.
كان هناك بحث حول تقنيات تقليل الضوضاء في أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي من خلال تحسين طرق التحكم ، ولكن المرونة في تقليل الضوضاء كانت مشكلة لأن الطريقة المثلى للقيام بذلك تختلف وفقًا للجهد والحالة الحالية لعنصر أشباه الموصلات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب الأساليب التقليدية من مصممي النظام تنفيذ وظائف الكشف عن الأخطاء والحماية للدوائر القصيرة وما شابه ذلك عبر كمبيوتر صغير ، ويمكن أن يؤدي التأخير المتأصل إلى تلف العنصر.
ميزات التكنولوجيا
وبالتالي ، فقد عالجت توشيبا هذه المشكلة من خلال تطوير أول محرك بوابة أحادية الشريحة عالي الأداء في العالم مع الدوائر التناظرية والرقمية المختلطة. تقليديًا ، يتطلب تحقيق وظائف عالية مثل تلك التي يوفرها هذا IC تكوينات باستخدام العديد من مكونات أشباه الموصلات الفردية مثل محولات الإشارة والذكريات ودوائر التشغيل ودوائر مكبر الصوت. ومع ذلك ، فإن تركيب الدوائر التناظرية والرقمية معًا ، يسمح باستخدام دائرة تناظرية لاكتشاف الجهد والتيار في عناصر أشباه موصلات الطاقة بالإضافة إلى دائرة رقمية لتحديد طريقة تحكم بناءً على نتائج الاكتشاف ، وبالتالي تحقيق التحكم الأمثل بواسطة واحد رقاقة بدون أجزاء كثيرة. تحتوي أشباه الموصلات المطورة أيضًا على ذاكرة لتخزين طرق التحكم ، وأثناء التحكم ، تحقق دائرة تحسين الدقة التي تجمع بين الدوائر الرقمية منخفضة السرعة والدوائر التناظرية عالية السرعة التحكم الدقيق المناسب باستخدام الدوائر التناظرية فقط لتلك الأجزاء التي تتطلب تحكمًا عالي السرعة.
طورت Toshiba أيضًا تقنية معالجة مسبقة لشكل الموجة التناظرية التي تستخرج فقط تلك الميزات المطلوبة للتحكم واكتشاف الأعطال من الجهد العالي السرعة وأشكال الموجة الحالية لأشباه موصلات الطاقة ، مما يسمح باكتشاف الأعطال باستخدام محول تناظري إلى رقمي منخفض السرعة. وبالتالي ليست هناك حاجة للمرور عبر كمبيوتر صغير ، مما يسمح بالكشف الفوري عن دوائر القصر والأعطال الأخرى.
يمكن أيضًا تحقيق هذا IC من خلال تقنيات عملية مكملة منخفضة التكلفة لأكسيد وأشباه الموصلات (CMOS) (* 6) تتوافق مع معدات التصنيع الحالية. باستخدام هذا IC ، نجحت الشركة في التحكم في أشباه موصلات طاقة 1.2 كيلو فولت SiC-MOSFET وتقليل جهد التيار الكهربائي ، وهو سبب رئيسي لتوليد الضوضاء ، بنسبة 51٪ دون زيادة فقدان الطاقة. قد يؤدي استخدام الطرق التقليدية لتقليل زيادة التيار المكافئ إلى زيادة الخسارة عند قيادة المحرك ، لكن الحسابات النظرية تظهر بوضوح أن استخدام IC هذا يمكن أن يقلل من فقد الطاقة بنسبة 25٪. نجح IC أيضًا في اكتشاف حالة الخطأ بسرعات منخفضة تصل إلى 2 ميكرو ثانية دون استخدام كمبيوتر صغير. من المتوقع أن تؤدي هذه الميزات إلى تعظيم أداء أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي.
الشكل 2: تأثير تقليل الضوضاء عند التحكم في أشباه موصلات الطاقة SiC-MOSFET ونتائج اكتشاف الأخطاء عالية السرعة.
التطورات المستقبلية
تهدف مجموعة Toshiba إلى الاستخدام العملي لـ IC المطوّر بحلول عام 2025. تُعد إلكترونيات الطاقة أحد الأسواق التي تركز عليها مجموعة Toshiba Group ، والتي ستستمر في تطوير التقنيات المتعلقة بهذا IC. ستروج المجموعة لتطبيق أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي لأنظمة تحويل الطاقة المختلفة ، وبالتالي المساهمة في تقليل ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات من خلال الكفاءة العالية لأشباه موصلات الطاقة ، وتحقيق مجتمع محايد للكربون.
* 1: تم تقديم هذه التكنولوجيا في مؤتمر ومعرض تحويل الطاقة لعام 2021 IEEE ، وهو مؤتمر IEEE دولي عُقد عبر الإنترنت في الفترة من 10 إلى 14 أكتوبر 2021.
* 2: المصدر:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: ترانزستور ثنائي القطب مع MOSFET مدمج في القاعدة.
* 4: Si-MOSFET: نوع من الترانزستور يناسب بشكل أفضل العمليات منخفضة الطاقة وعالية السرعة مقارنة بـ IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: أشباه موصلات طاقة تستخدم مادة جديدة ، SiC.
* 6: CMOS: نوع من دوائر أشباه الموصلات تستخدم في أجهزة الكمبيوتر الشخصية والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
نبذة
أثبتت شركة TOKYO─Toshiba Corporation (طوكيو: 6502) أول تصنيع ناجح في العالم للدوائر عالية الأداء مع التكامل التناظري الرقمي على دائرة متكاملة لمحرك رقاقة واحدة (IC) للتحكم في الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة (* 1). يكتشف IC المطور الجهد والحالة الحالية لأشباه موصلات الطاقة بسرعات عالية جدًا تبلغ 2 ميكرو ثانية أو أقل ، ويقلل التحكم الدقيق من الضوضاء الناتجة عن أشباه موصلات الطاقة بنسبة تصل إلى 51٪. تؤكد الحسابات النظرية أيضًا أنه يمكن تقليل فقد الطاقة عند قيادة المحرك بنسبة 25٪ مقارنة بتقليل الضوضاء المكافئ بالطرق التقليدية. في حالة حدوث ماس كهربائي أو عطل آخر ، يمكن حماية أشباه الموصلات الكهربائية على الفور لمنع تلفها.
هذه تقنية تزيد من أداء أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي. سيساهم في تحقيق مجتمع محايد للكربون من خلال المساعدة في التصغير والكفاءة العالية والموثوقية العالية لدوائر محرك المحرك ومحولات التيار المستمر والتيار المتردد المستخدمة في السيارات الكهربائية والمعدات الصناعية وشبكات الطاقة الذكية وما إلى ذلك.
خلفية عن التطوير
تتحكم أشباه موصلات الطاقة في الفولتية والتيارات. يتم استخدامها لتشغيل المحركات في العديد من التطبيقات ، ولتحويل طاقة التيار المتردد إلى التيار المتردد. لتحقيق مجتمع محايد للكربون ، من الضروري تحسين الكفاءة وتقليل حجم أشباه موصلات الطاقة ومحولات الطاقة. علاوة على ذلك ، يستمر سوق أشباه موصلات الطاقة في التوسع كل عام ، وقد نما السوق العالمي للسائقين ICs للتحكم في أشباه موصلات الطاقة من حوالي 140 مليار ين في عام 2017 إلى ما يقرب من 180 مليار ين في عام 2021 ، ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه في المستقبل (* ٢).
حاليًا ، تُستخدم عادةً أجهزة مثل الترانزستورات ثنائية القطب المعزولة بالبوابة (IGBT) (* 3) والترانزستورات ذات التأثير الميداني من أكسيد السيليكون وأشباه الموصلات (Si-MOSFET) (* 4) لأشباه موصلات الطاقة. سيتطلب التحسين الإضافي للكفاءة تقليل فقد الطاقة الذي يحدث أثناء تحويل الطاقة ، لذا فإن تطوير الجيل التالي من أشباه موصلات الطاقة بخصائص منخفضة الخسارة مثل كربيد السيليكون MOSFET (SiC-MOSFET) (* 5) قيد التقدم. ستعمل أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي على تقليل فقد الطاقة في تحويل الطاقة ، وتحقيق كفاءة عالية ، وتسهيل تبديد الحرارة ، وبالتالي تمكين تقليل الحجم والوزن. ومع ذلك ، عندما يتم التحكم في هذه الأجهزة باستخدام طرق الدوائر التقليدية ، فإن تقليل فقدان الطاقة يأتي على حساب الضوضاء المتزايدة. علاوة على ذلك ، تتقلص مسارات تبديد الحرارة ، لذلك في حالة حدوث دائرة قصر أو عطل آخر غير محتمل ، سترتفع درجة الحرارة على الفور ، مما يسهل على عناصر أشباه الموصلات الانكسار.
كان هناك بحث حول تقنيات تقليل الضوضاء في أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي من خلال تحسين طرق التحكم ، ولكن المرونة في تقليل الضوضاء كانت مشكلة لأن الطريقة المثلى للقيام بذلك تختلف وفقًا للجهد والحالة الحالية لعنصر أشباه الموصلات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب الأساليب التقليدية من مصممي النظام تنفيذ وظائف الكشف عن الأخطاء والحماية للدوائر القصيرة وما شابه ذلك عبر كمبيوتر صغير ، ويمكن أن يؤدي التأخير المتأصل إلى تلف العنصر.
ميزات التكنولوجيا
وبالتالي ، فقد عالجت توشيبا هذه المشكلة من خلال تطوير أول محرك بوابة أحادية الشريحة عالي الأداء في العالم مع الدوائر التناظرية والرقمية المختلطة. تقليديًا ، يتطلب تحقيق وظائف عالية مثل تلك التي يوفرها هذا IC تكوينات باستخدام العديد من مكونات أشباه الموصلات الفردية مثل محولات الإشارة والذكريات ودوائر التشغيل ودوائر مكبر الصوت. ومع ذلك ، فإن تركيب الدوائر التناظرية والرقمية معًا ، يسمح باستخدام دائرة تناظرية لاكتشاف الجهد والتيار في عناصر أشباه موصلات الطاقة بالإضافة إلى دائرة رقمية لتحديد طريقة تحكم بناءً على نتائج الاكتشاف ، وبالتالي تحقيق التحكم الأمثل بواسطة واحد رقاقة بدون أجزاء كثيرة. تحتوي أشباه الموصلات المطورة أيضًا على ذاكرة لتخزين طرق التحكم ، وأثناء التحكم ، تحقق دائرة تحسين الدقة التي تجمع بين الدوائر الرقمية منخفضة السرعة والدوائر التناظرية عالية السرعة التحكم الدقيق المناسب باستخدام الدوائر التناظرية فقط لتلك الأجزاء التي تتطلب تحكمًا عالي السرعة.
طورت Toshiba أيضًا تقنية معالجة مسبقة لشكل الموجة التناظرية التي تستخرج فقط تلك الميزات المطلوبة للتحكم واكتشاف الأعطال من الجهد العالي السرعة وأشكال الموجة الحالية لأشباه موصلات الطاقة ، مما يسمح باكتشاف الأعطال باستخدام محول تناظري إلى رقمي منخفض السرعة. وبالتالي ليست هناك حاجة للمرور عبر كمبيوتر صغير ، مما يسمح بالكشف الفوري عن دوائر القصر والأعطال الأخرى.
يمكن أيضًا تحقيق هذا IC من خلال تقنيات عملية مكملة منخفضة التكلفة لأكسيد وأشباه الموصلات (CMOS) (* 6) تتوافق مع معدات التصنيع الحالية. باستخدام هذا IC ، نجحت الشركة في التحكم في أشباه موصلات طاقة 1.2 كيلو فولت SiC-MOSFET وتقليل جهد التيار الكهربائي ، وهو سبب رئيسي لتوليد الضوضاء ، بنسبة 51٪ دون زيادة فقدان الطاقة. قد يؤدي استخدام الطرق التقليدية لتقليل زيادة التيار المكافئ إلى زيادة الخسارة عند قيادة المحرك ، لكن الحسابات النظرية تظهر بوضوح أن استخدام IC هذا يمكن أن يقلل من فقد الطاقة بنسبة 25٪. نجح IC أيضًا في اكتشاف حالة الخطأ بسرعات منخفضة تصل إلى 2 ميكرو ثانية دون استخدام كمبيوتر صغير. من المتوقع أن تؤدي هذه الميزات إلى تعظيم أداء أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي.
الشكل 2: تأثير تقليل الضوضاء عند التحكم في أشباه موصلات الطاقة SiC-MOSFET ونتائج اكتشاف الأخطاء عالية السرعة.
التطورات المستقبلية
تهدف مجموعة Toshiba إلى الاستخدام العملي لـ IC المطوّر بحلول عام 2025. تُعد إلكترونيات الطاقة أحد الأسواق التي تركز عليها مجموعة Toshiba Group ، والتي ستستمر في تطوير التقنيات المتعلقة بهذا IC. ستروج المجموعة لتطبيق أشباه موصلات الطاقة من الجيل التالي لأنظمة تحويل الطاقة المختلفة ، وبالتالي المساهمة في تقليل ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات من خلال الكفاءة العالية لأشباه موصلات الطاقة ، وتحقيق مجتمع محايد للكربون.
* 1: تم تقديم هذه التكنولوجيا في مؤتمر ومعرض تحويل الطاقة لعام 2021 IEEE ، وهو مؤتمر IEEE دولي عُقد عبر الإنترنت في الفترة من 10 إلى 14 أكتوبر 2021.
* 2: المصدر:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: ترانزستور ثنائي القطب مع MOSFET مدمج في القاعدة.
* 4: Si-MOSFET: نوع من الترانزستور يناسب بشكل أفضل العمليات منخفضة الطاقة وعالية السرعة مقارنة بـ IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: أشباه موصلات طاقة تستخدم مادة جديدة ، SiC.
* 6: CMOS: نوع من دوائر أشباه الموصلات تستخدم في أجهزة الكمبيوتر الشخصية والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.