Trang này sử dụng một phần JavaScript. Trang này có thể không hoạt động bình thường khi các chức năng này không được trình duyệt của bạn hỗ trợ hoặc cài đặt bị tắt.
Toshiba lần đầu tiên tích hợp một IC trình điều khiển hiệu suất cao để điều khiển các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo vào một con chip duy nhất
- IC hỗn hợp analog-kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới giảm nhiễu 51%, góp phần tạo ra một xã hội trung tính carbon bằng cách giảm kích thước và hiệu quả của các mạch truyền động động cơ và bộ chuyển đổi DC – AC-
29, 2021
Tập đoàn Toshiba
Giới thiệu chung
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) đã chứng minh việc chế tạo thành công mạch hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới với tích hợp kỹ thuật số - tương tự trên một trình điều khiển chip duy nhất được tích hợp mạch (IC) để điều khiển chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo (* 1). IC được phát triển phát hiện Vôn và trạng thái hiện tại của chất bán dẫn công suất ở tốc độ cực cao từ 2 µs trở xuống, và khả năng kiểm soát tốt giúp giảm nhiễu do chất bán dẫn công suất tạo ra tới 51%. Tính toán lý thuyết cũng xác nhận rằng tổn thất điện năng khi điều khiển động cơ có thể giảm 25% so với việc giảm tiếng ồn tương đương bằng các phương pháp thông thường. Trong trường hợp đoản mạch hoặc sự cố khác, nguồn điện Semiconductor có thể được bảo vệ ngay lập tức để ngăn chặn thiệt hại cho nó.
Đây là một công nghệ giúp tối đa hóa hiệu suất của chất bán dẫn điện thế hệ tiếp theo. Nó sẽ góp phần hiện thực hóa một xã hội không có carbon bằng cách hỗ trợ thu nhỏ, hiệu suất cao và độ tin cậy cao của mạch truyền động động cơ và bộ chuyển đổi DC–AC được sử dụng trong xe điện, thiết bị công nghiệp, lưới điện thông minh, v.v.
Bối cảnh của sự phát triển
Chất bán dẫn điện điều khiển điện áp và dòng điện. Chúng được sử dụng để điều khiển động cơ trong nhiều ứng dụng và để chuyển đổi nguồn DC–AC. Để hiện thực hóa một xã hội không có carbon, điều quan trọng là phải nâng cao hiệu quả và giảm kích thước của chất bán dẫn điện và bộ chuyển đổi năng lượng. Hơn nữa, quyền lực bán dẫn thị trường tiếp tục mở rộng hàng năm và thị trường toàn cầu về IC điều khiển để điều khiển chất bán dẫn điện đã tăng từ khoảng 140 tỷ yên năm 2017 lên khoảng 180 tỷ yên vào năm 2021 và xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục trong tương lai (*2).
Hiện nay, các thiết bị như bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) (*3) và các bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn kim loại-oxit silicon (Si-mosfet) (*4) thường được sử dụng cho chất bán dẫn điện. Việc nâng cao hiệu quả hơn nữa sẽ yêu cầu giảm tổn thất điện năng xảy ra trong quá trình chuyển đổi năng lượng, do đó, việc phát triển các chất bán dẫn điện thế hệ tiếp theo có đặc tính tổn thất thấp như cacbua silic MOSFE (SiC-MOSFET) (*5) đang được hoàn thiện. Chất bán dẫn điện thế hệ tiếp theo sẽ giảm tổn thất điện năng trong quá trình chuyển đổi năng lượng, đạt hiệu suất cao và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tản nhiệt, từ đó cho phép giảm cả kích thước và trọng lượng. Tuy nhiên, khi các thiết bị này được điều khiển bằng phương pháp mạch thông thường, việc giảm tổn thất điện năng sẽ phải trả giá bằng việc tăng tiếng ồn. Hơn nữa, đường tản nhiệt co lại, do đó, trong trường hợp ngắn mạch hoặc lỗi khác khó xảy ra, nhiệt độ sẽ tăng ngay lập tức, khiến các phần tử bán dẫn dễ bị đứt hơn.
Đã có nghiên cứu về công nghệ giảm nhiễu trong chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo bằng cách cải tiến các phương pháp điều khiển, nhưng tính linh hoạt trong việc giảm nhiễu còn có vấn đề vì phương pháp tối ưu để làm điều đó khác nhau tùy theo điện áp và trạng thái hiện tại của phần tử bán dẫn công suất. Ngoài ra, các phương pháp thông thường yêu cầu các nhà thiết kế hệ thống thực hiện các chức năng phát hiện và bảo vệ lỗi đối với ngắn mạch và tương tự thông qua một máy tính vi mô, và độ trễ cố hữu có thể dẫn đến hư hỏng phần tử.
Các tính năng của công nghệ
Do đó, Toshiba đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển IC điều khiển cổng đơn chip hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới với các mạch kỹ thuật số và tương tự hỗn hợp. Thông thường, để nhận ra các chức năng cao như được cung cấp bởi vi mạch này yêu cầu các cấu hình sử dụng nhiều thành phần bán dẫn riêng lẻ như bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ nhớ, mạch hoạt động và mạch khuếch đại. Tuy nhiên, việc gắn các mạch tương tự và kỹ thuật số với nhau, cho phép sử dụng mạch tương tự để phát hiện điện áp và dòng điện trong các phần tử bán dẫn công suất cũng như mạch kỹ thuật số để chọn phương pháp điều khiển dựa trên kết quả phát hiện, do đó thực hiện điều khiển tối ưu bằng một chip không có nhiều bộ phận. Chất bán dẫn được phát triển cũng có bộ nhớ để lưu trữ các phương pháp điều khiển và trong quá trình điều khiển, một mạch nâng cao độ phân giải kết hợp các mạch tương tự kỹ thuật số tốc độ thấp và tốc độ cao giúp thực hiện điều khiển tốt một cách thích hợp bằng cách chỉ sử dụng các mạch tương tự cho những phần yêu cầu điều khiển tốc độ cao.
Toshiba cũng đã phát triển một công nghệ tiền xử lý dạng sóng tương tự chỉ trích xuất những tính năng cần thiết để điều khiển và phát hiện lỗi từ dạng sóng điện áp và dòng điện tốc độ cao của chất bán dẫn công suất, cho phép phát hiện lỗi bằng tín hiệu tương tự-kỹ thuật số tốc độ thấp chuyển đổi. Do đó, không cần phải đi qua máy vi tính, cho phép phát hiện ngay lập tức các mạch ngắn và các lỗi khác.
IC này cũng có thể được thực hiện bằng công nghệ quy trình kim loại-ôxít-bán dẫn (* 6) bổ sung chi phí thấp tương thích với thiết bị chế tạo hiện có. Sử dụng vi mạch này, công ty đã thành công trong việc điều khiển chất bán dẫn công suất 1.2 kV SiC-MOSFET và giảm điện áp tăng của nó, nguyên nhân chính gây ra nhiễu, 51% mà không làm tăng tổn thất điện năng. Sử dụng các phương pháp thông thường để giảm điện áp tương đương sẽ làm tăng tổn thất khi điều khiển động cơ, nhưng các tính toán lý thuyết cho thấy rõ ràng rằng việc sử dụng vi mạch này có thể giảm tổn thất điện năng tới 25%. IC cũng đã thành công trong việc phát hiện trạng thái lỗi ở tốc độ thấp nhất là 2 µs mà không cần sử dụng máy vi tính. Những tính năng này được kỳ vọng sẽ tối đa hóa hiệu suất của chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo.
Hình 2: Hiệu ứng giảm nhiễu khi điều khiển chất bán dẫn công suất SiC-MOSFET và kết quả phát hiện lỗi tốc độ cao.
Phát triển tương lai
Tập đoàn Toshiba sẽ hướng tới việc sử dụng thực tế vi mạch đã phát triển vào năm 2025. Điện tử công suất là thị trường trọng tâm của Tập đoàn Toshiba, tập đoàn sẽ tiếp tục phát triển các công nghệ liên quan đến vi mạch này. Nhóm sẽ thúc đẩy việc ứng dụng chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo vào các hệ thống chuyển đổi điện năng khác nhau, từ đó góp phần giảm lượng khí CO2 phát thải thông qua hiệu suất cao hơn của chất bán dẫn điện và hiện thực hóa một xã hội trung tính với carbon.
* 1: Công nghệ này đã được trình bày tại Hội nghị và Triển lãm Chuyển đổi Năng lượng IEEE năm 2021, một hội nghị IEEE quốc tế được tổ chức trực tuyến từ ngày 10 đến ngày 14 tháng 2021 năm XNUMX.
* 2: Nguồn:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: Một lưỡng cực Transistor với một MOSFET được tích hợp trong đế.
* 4: Si-MOSFET: Một loại Transistor phù hợp hơn với các hoạt động công suất thấp, tốc độ cao so với IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: Một chất bán dẫn công suất sử dụng vật liệu mới, SiC.
* 6: CMOS: Một loại mạch bán dẫn được sử dụng trong máy tính cá nhân và nhiều thiết bị điện tử khác.
Trang này sử dụng một phần JavaScript. Trang này có thể không hoạt động bình thường khi các chức năng này không được trình duyệt của bạn hỗ trợ hoặc cài đặt bị tắt.
Toshiba lần đầu tiên tích hợp một IC trình điều khiển hiệu suất cao để điều khiển các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo vào một con chip duy nhất
- IC hỗn hợp analog-kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới giảm nhiễu 51%, góp phần tạo ra một xã hội trung tính carbon bằng cách giảm kích thước và hiệu quả của các mạch truyền động động cơ và bộ chuyển đổi DC – AC-
29, 2021
Tập đoàn Toshiba
Giới thiệu chung
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) đã chứng minh việc chế tạo thành công mạch hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới với tích hợp tương tự-kỹ thuật số trên một mạch tích hợp trình điều khiển chip (IC) để điều khiển các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo (* 1). IC được phát triển sẽ phát hiện điện áp và trạng thái hiện tại của chất bán dẫn công suất ở tốc độ cực cao từ 2 µs trở xuống và khả năng kiểm soát tốt giúp giảm nhiễu tạo ra bởi chất bán dẫn công suất tới 51%. Tính toán lý thuyết cũng xác nhận rằng tổn thất điện năng khi điều khiển động cơ có thể giảm 25% so với việc giảm tiếng ồn tương đương bằng các phương pháp thông thường. Trong trường hợp đoản mạch hoặc sự cố khác, chất bán dẫn công suất có thể được bảo vệ ngay lập tức để tránh làm hỏng nó.
Đây là công nghệ tối đa hóa hiệu suất của chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo. Nó sẽ góp phần vào việc hiện thực hóa một xã hội không có carbon bằng cách hỗ trợ thu nhỏ, hiệu quả cao và độ tin cậy cao của các mạch truyền động động cơ và bộ chuyển đổi DC – AC được sử dụng trong xe điện, thiết bị công nghiệp, lưới điện thông minh, v.v.
Bối cảnh của sự phát triển
Chất bán dẫn công suất điều khiển điện áp và dòng điện. Chúng được sử dụng để điều khiển động cơ trong nhiều ứng dụng và để chuyển đổi nguồn DC-AC. Để hiện thực hóa một xã hội không có carbon, điều quan trọng là phải cải thiện hiệu suất và giảm kích thước của chất bán dẫn công suất và bộ chuyển đổi điện năng. Hơn nữa, thị trường chất bán dẫn điện tiếp tục mở rộng hàng năm và thị trường toàn cầu cho IC điều khiển để điều khiển chất bán dẫn điện đã tăng từ khoảng 140 tỷ yên vào năm 2017 lên khoảng 180 tỷ yên vào năm 2021 và xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục trong tương lai (* 2).
Hiện tại, các thiết bị như bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) (* 3) và bóng bán dẫn hiệu ứng trường silicon kim loại – oxit – bán dẫn (Si-MOSFET) (* 4) thường được sử dụng cho chất bán dẫn công suất. Việc nâng cao hơn nữa hiệu suất sẽ đòi hỏi phải giảm tổn thất điện năng xảy ra trong quá trình chuyển đổi điện năng, vì vậy việc phát triển các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo với các đặc tính tổn hao thấp như silicon cacbua MOSFET (SiC-MOSFET) (* 5) đang được tiến hành. Các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo sẽ giảm tổn thất điện năng trong quá trình chuyển đổi điện năng, đạt được hiệu suất cao và dễ dàng tản nhiệt, do đó cho phép giảm cả kích thước và trọng lượng. Tuy nhiên, khi các thiết bị này được điều khiển bằng các phương pháp mạch thông thường, việc giảm tổn thất điện năng đi kèm với việc tăng tiếng ồn. Hơn nữa, các đường dẫn tản nhiệt bị co lại, do đó, trong trường hợp không mong muốn xảy ra đoản mạch hoặc các lỗi khác, nhiệt độ sẽ ngay lập tức tăng lên, khiến các phần tử bán dẫn dễ bị đứt hơn.
Đã có nghiên cứu về công nghệ giảm nhiễu trong chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo bằng cách cải tiến các phương pháp điều khiển, nhưng tính linh hoạt trong việc giảm nhiễu còn có vấn đề vì phương pháp tối ưu để làm điều đó khác nhau tùy theo điện áp và trạng thái hiện tại của phần tử bán dẫn công suất. Ngoài ra, các phương pháp thông thường yêu cầu các nhà thiết kế hệ thống thực hiện các chức năng phát hiện và bảo vệ lỗi đối với ngắn mạch và tương tự thông qua một máy tính vi mô, và độ trễ cố hữu có thể dẫn đến hư hỏng phần tử.
Các tính năng của công nghệ
Do đó, Toshiba đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển IC điều khiển cổng đơn chip hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới với các mạch kỹ thuật số và tương tự hỗn hợp. Thông thường, để nhận ra các chức năng cao như được cung cấp bởi vi mạch này yêu cầu các cấu hình sử dụng nhiều thành phần bán dẫn riêng lẻ như bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ nhớ, mạch hoạt động và mạch khuếch đại. Tuy nhiên, việc gắn các mạch tương tự và kỹ thuật số với nhau, cho phép sử dụng mạch tương tự để phát hiện điện áp và dòng điện trong các phần tử bán dẫn công suất cũng như mạch kỹ thuật số để chọn phương pháp điều khiển dựa trên kết quả phát hiện, do đó thực hiện điều khiển tối ưu bằng một chip không có nhiều bộ phận. Chất bán dẫn được phát triển cũng có bộ nhớ để lưu trữ các phương pháp điều khiển và trong quá trình điều khiển, một mạch nâng cao độ phân giải kết hợp các mạch tương tự kỹ thuật số tốc độ thấp và tốc độ cao giúp thực hiện điều khiển tốt một cách thích hợp bằng cách chỉ sử dụng các mạch tương tự cho những phần yêu cầu điều khiển tốc độ cao.
Toshiba cũng đã phát triển một công nghệ tiền xử lý dạng sóng tương tự chỉ trích xuất những tính năng cần thiết để điều khiển và phát hiện lỗi từ dạng sóng điện áp và dòng tốc độ cao của chất bán dẫn công suất, cho phép phát hiện lỗi với bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số tốc độ thấp. Do đó, không cần phải đi qua máy vi tính, cho phép phát hiện ngay lập tức các mạch ngắn và các lỗi khác.
IC này cũng có thể được thực hiện bằng công nghệ quy trình kim loại-ôxít-bán dẫn (* 6) bổ sung chi phí thấp tương thích với thiết bị chế tạo hiện có. Sử dụng vi mạch này, công ty đã thành công trong việc điều khiển chất bán dẫn công suất 1.2 kV SiC-MOSFET và giảm điện áp tăng của nó, nguyên nhân chính gây ra nhiễu, 51% mà không làm tăng tổn thất điện năng. Sử dụng các phương pháp thông thường để giảm điện áp tương đương sẽ làm tăng tổn thất khi điều khiển động cơ, nhưng các tính toán lý thuyết cho thấy rõ ràng rằng việc sử dụng vi mạch này có thể giảm tổn thất điện năng tới 25%. IC cũng đã thành công trong việc phát hiện trạng thái lỗi ở tốc độ thấp nhất là 2 µs mà không cần sử dụng máy vi tính. Những tính năng này được kỳ vọng sẽ tối đa hóa hiệu suất của chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo.
Hình 2: Hiệu ứng giảm nhiễu khi điều khiển chất bán dẫn công suất SiC-MOSFET và kết quả phát hiện lỗi tốc độ cao.
Phát triển tương lai
Tập đoàn Toshiba sẽ hướng tới việc sử dụng thực tế vi mạch đã phát triển vào năm 2025. Điện tử công suất là thị trường trọng tâm của Tập đoàn Toshiba, tập đoàn sẽ tiếp tục phát triển các công nghệ liên quan đến vi mạch này. Nhóm sẽ thúc đẩy việc ứng dụng chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo vào các hệ thống chuyển đổi điện năng khác nhau, từ đó góp phần giảm lượng khí CO2 phát thải thông qua hiệu suất cao hơn của chất bán dẫn điện và hiện thực hóa một xã hội trung tính với carbon.
* 1: Công nghệ này đã được trình bày tại Hội nghị và Triển lãm Chuyển đổi Năng lượng IEEE năm 2021, một hội nghị IEEE quốc tế được tổ chức trực tuyến từ ngày 10 đến ngày 14 tháng 2021 năm XNUMX.
* 2: Nguồn:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: Một bóng bán dẫn lưỡng cực với MOSFET được tích hợp trong đế.
* 4: Si-MOSFET: Một loại bóng bán dẫn phù hợp hơn với các hoạt động công suất thấp, tốc độ cao so với IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: Một chất bán dẫn công suất sử dụng vật liệu mới, SiC.
* 6: CMOS: Một loại mạch bán dẫn được sử dụng trong máy tính cá nhân và nhiều thiết bị điện tử khác.
Giới thiệu chung
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) đã chứng minh việc chế tạo thành công mạch hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới với tích hợp tương tự-kỹ thuật số trên một mạch tích hợp trình điều khiển chip (IC) để điều khiển các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo (* 1). IC được phát triển sẽ phát hiện điện áp và trạng thái hiện tại của chất bán dẫn công suất ở tốc độ cực cao từ 2 µs trở xuống và khả năng kiểm soát tốt giúp giảm nhiễu tạo ra bởi chất bán dẫn công suất tới 51%. Tính toán lý thuyết cũng xác nhận rằng tổn thất điện năng khi điều khiển động cơ có thể giảm 25% so với việc giảm tiếng ồn tương đương bằng các phương pháp thông thường. Trong trường hợp đoản mạch hoặc sự cố khác, chất bán dẫn công suất có thể được bảo vệ ngay lập tức để tránh làm hỏng nó.
Đây là công nghệ tối đa hóa hiệu suất của chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo. Nó sẽ góp phần vào việc hiện thực hóa một xã hội không có carbon bằng cách hỗ trợ thu nhỏ, hiệu quả cao và độ tin cậy cao của các mạch truyền động động cơ và bộ chuyển đổi DC – AC được sử dụng trong xe điện, thiết bị công nghiệp, lưới điện thông minh, v.v.
Bối cảnh của sự phát triển
Chất bán dẫn công suất điều khiển điện áp và dòng điện. Chúng được sử dụng để điều khiển động cơ trong nhiều ứng dụng và để chuyển đổi nguồn DC-AC. Để hiện thực hóa một xã hội không có carbon, điều quan trọng là phải cải thiện hiệu suất và giảm kích thước của chất bán dẫn công suất và bộ chuyển đổi điện năng. Hơn nữa, thị trường chất bán dẫn điện tiếp tục mở rộng hàng năm và thị trường toàn cầu cho IC điều khiển để điều khiển chất bán dẫn điện đã tăng từ khoảng 140 tỷ yên vào năm 2017 lên khoảng 180 tỷ yên vào năm 2021 và xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục trong tương lai (* 2).
Hiện tại, các thiết bị như bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) (* 3) và bóng bán dẫn hiệu ứng trường silicon kim loại – oxit – bán dẫn (Si-MOSFET) (* 4) thường được sử dụng cho chất bán dẫn công suất. Việc nâng cao hơn nữa hiệu suất sẽ đòi hỏi phải giảm tổn thất điện năng xảy ra trong quá trình chuyển đổi điện năng, vì vậy việc phát triển các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo với các đặc tính tổn hao thấp như silicon cacbua MOSFET (SiC-MOSFET) (* 5) đang được tiến hành. Các chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo sẽ giảm tổn thất điện năng trong quá trình chuyển đổi điện năng, đạt được hiệu suất cao và dễ dàng tản nhiệt, do đó cho phép giảm cả kích thước và trọng lượng. Tuy nhiên, khi các thiết bị này được điều khiển bằng các phương pháp mạch thông thường, việc giảm tổn thất điện năng đi kèm với việc tăng tiếng ồn. Hơn nữa, các đường dẫn tản nhiệt bị co lại, do đó, trong trường hợp không mong muốn xảy ra đoản mạch hoặc các lỗi khác, nhiệt độ sẽ ngay lập tức tăng lên, khiến các phần tử bán dẫn dễ bị đứt hơn.
Đã có nghiên cứu về công nghệ giảm nhiễu trong chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo bằng cách cải tiến các phương pháp điều khiển, nhưng tính linh hoạt trong việc giảm nhiễu còn có vấn đề vì phương pháp tối ưu để làm điều đó khác nhau tùy theo điện áp và trạng thái hiện tại của phần tử bán dẫn công suất. Ngoài ra, các phương pháp thông thường yêu cầu các nhà thiết kế hệ thống thực hiện các chức năng phát hiện và bảo vệ lỗi đối với ngắn mạch và tương tự thông qua một máy tính vi mô, và độ trễ cố hữu có thể dẫn đến hư hỏng phần tử.
Các tính năng của công nghệ
Do đó, Toshiba đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển IC điều khiển cổng đơn chip hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới với các mạch kỹ thuật số và tương tự hỗn hợp. Thông thường, để nhận ra các chức năng cao như được cung cấp bởi vi mạch này yêu cầu các cấu hình sử dụng nhiều thành phần bán dẫn riêng lẻ như bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ nhớ, mạch hoạt động và mạch khuếch đại. Tuy nhiên, việc gắn các mạch tương tự và kỹ thuật số với nhau, cho phép sử dụng mạch tương tự để phát hiện điện áp và dòng điện trong các phần tử bán dẫn công suất cũng như mạch kỹ thuật số để chọn phương pháp điều khiển dựa trên kết quả phát hiện, do đó thực hiện điều khiển tối ưu bằng một chip không có nhiều bộ phận. Chất bán dẫn được phát triển cũng có bộ nhớ để lưu trữ các phương pháp điều khiển và trong quá trình điều khiển, một mạch nâng cao độ phân giải kết hợp các mạch tương tự kỹ thuật số tốc độ thấp và tốc độ cao giúp thực hiện điều khiển tốt một cách thích hợp bằng cách chỉ sử dụng các mạch tương tự cho những phần yêu cầu điều khiển tốc độ cao.
Toshiba cũng đã phát triển một công nghệ tiền xử lý dạng sóng tương tự chỉ trích xuất những tính năng cần thiết để điều khiển và phát hiện lỗi từ dạng sóng điện áp và dòng tốc độ cao của chất bán dẫn công suất, cho phép phát hiện lỗi với bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số tốc độ thấp. Do đó, không cần phải đi qua máy vi tính, cho phép phát hiện ngay lập tức các mạch ngắn và các lỗi khác.
IC này cũng có thể được thực hiện bằng công nghệ quy trình kim loại-ôxít-bán dẫn (* 6) bổ sung chi phí thấp tương thích với thiết bị chế tạo hiện có. Sử dụng vi mạch này, công ty đã thành công trong việc điều khiển chất bán dẫn công suất 1.2 kV SiC-MOSFET và giảm điện áp tăng của nó, nguyên nhân chính gây ra nhiễu, 51% mà không làm tăng tổn thất điện năng. Sử dụng các phương pháp thông thường để giảm điện áp tương đương sẽ làm tăng tổn thất khi điều khiển động cơ, nhưng các tính toán lý thuyết cho thấy rõ ràng rằng việc sử dụng vi mạch này có thể giảm tổn thất điện năng tới 25%. IC cũng đã thành công trong việc phát hiện trạng thái lỗi ở tốc độ thấp nhất là 2 µs mà không cần sử dụng máy vi tính. Những tính năng này được kỳ vọng sẽ tối đa hóa hiệu suất của chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo.
Hình 2: Hiệu ứng giảm nhiễu khi điều khiển chất bán dẫn công suất SiC-MOSFET và kết quả phát hiện lỗi tốc độ cao.
Phát triển tương lai
Tập đoàn Toshiba sẽ hướng tới việc sử dụng thực tế vi mạch đã phát triển vào năm 2025. Điện tử công suất là thị trường trọng tâm của Tập đoàn Toshiba, tập đoàn sẽ tiếp tục phát triển các công nghệ liên quan đến vi mạch này. Nhóm sẽ thúc đẩy việc ứng dụng chất bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo vào các hệ thống chuyển đổi điện năng khác nhau, từ đó góp phần giảm lượng khí CO2 phát thải thông qua hiệu suất cao hơn của chất bán dẫn điện và hiện thực hóa một xã hội trung tính với carbon.
* 1: Công nghệ này đã được trình bày tại Hội nghị và Triển lãm Chuyển đổi Năng lượng IEEE năm 2021, một hội nghị IEEE quốc tế được tổ chức trực tuyến từ ngày 10 đến ngày 14 tháng 2021 năm XNUMX.
* 2: Nguồn:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: Một bóng bán dẫn lưỡng cực với MOSFET được tích hợp trong đế.
* 4: Si-MOSFET: Một loại bóng bán dẫn phù hợp hơn với các hoạt động công suất thấp, tốc độ cao so với IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: Một chất bán dẫn công suất sử dụng vật liệu mới, SiC.
* 6: CMOS: Một loại mạch bán dẫn được sử dụng trong máy tính cá nhân và nhiều thiết bị điện tử khác.