Чтобы разработать свой IGBT, команда использовала подход масштабирования. Их масштабное моделирование показало, что уменьшение размера части IGBT до трети от его первоначального размера может снизить его рабочее напряжение с 15 В до 5 В и существенно снизить его мощность привода.
«Наш подход к масштабированию IGBT был основан на концепции, аналогичной той, что используется в традиционной микроэлектронике, и показал, что IGBT с рабочим напряжением 5 В должен быть осуществимым», – говорит Такуя Сарая. «Однако мы подумали, что управляющее напряжение 5 В может быть слишком низким, чтобы превзойти неожиданный уровень шума и обеспечить надежную работу."
Чтобы проверить результаты моделирования, исследователи изготовили свой IGBT с номинальным напряжением 3300 В в специализированной чистой комнате Токийского университета, а затем оценили его характеристики. Примечательно, что IGBT обеспечивает стабильное переключение при рабочем напряжении всего 5 В. Это первый случай, когда переключение IGBT было реализовано при напряжении 5 В.
IGBT, который демонстрирует стабильную работу при рабочем напряжении всего 5 В, чрезвычайно привлекателен, поскольку потребляемая мощность схемы возбуждения составляет всего около 10% от потребляемой мощности обычного IGBT, работающего при 15 В. Эффективность преобразования энергии также повышается, несмотря на пониженное рабочее напряжение. Такое низкое рабочее напряжение также совместимо со стандартной обработкой электроники, что поможет интегрировать схемы привода IGBT с другой электроникой.
«БТИЗ – важные компоненты силовой электроники», – объясняет Тоширо Хирамото. «Наши миниатюрные IGBT могут привести к дальнейшему развитию усовершенствованной силовой электроники, которая меньше по размеру и имеет более высокую эффективность преобразования энергии."
БТИЗ используются в электронике, начиная от электропоездов и транспортных средств до домашних стереосистем и кондиционеров.
Таким образом, улучшенный IGBT с низким напряжением возбуждения и высокой эффективностью преобразования мощности обещает повысить производительность многих электронных устройств, помогая снизить растущие потребности современного общества в энергии.