Bipolarny B-TRAN od Ideal Power

Intensywny rozwój energoelektroniki w ostatnich latach i rosnące zapotrzebowanie na energię spowodowało rozwój nowoczesnych półprzewodnikowych układów mocy - przekształtników. Są one elementami krytycznymi w przekształcaniu energii, dla szerokiej gamy wysoko wydajnych i wytwarzających czystą energię urządzeń. Wzrost wydajności i bardzo wysoka sprawność przekształtników przyczynia się do większej oszczędności energii, wobec ciągle zmniejszających się zasobów surowcowych. W odpowiedzi na rosnącą potrzebę oszczędzania energii firma Ideal Power Inc, twórca nowoczesnych technologii przekształcania energii, wprowadziła nowy dwubiegunowy półprzewodnikowy układ mocy B-TRAN (Bidirectional Bipolar Junction Transistor). Z przeprowadzonych przez producenta testów wynika, że układ jest w stanie znaczenie poprawić wydajność urządzeń w stosunku do konwencjonalnych półprzewodnikowych układów mocy: tyrystorów SCR (Silicon Controlled Rectifier), tranzystory IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) i MOSFET, co znacząco ograniczy straty energii w trakcie procesu jej przekształcania. Zakres zastosowań obejmuje napędy o zmiennej częstotliwości pracy, konwertery słoneczne, systemy magazynowania energii i konwersji mocy w mikrosieciach energetycznych, napędy pojazdów elektrycznych, przekaźniki statyczne AC oraz DC i inne produkty przekształcające energię. Struktura układu oraz technologia jego wytwarzania jest chroniona ponad 20 patentami. Układ B-TRAN ma tę samą trójwarstwową krzemową strukturę PNP lub NPN jak układy IGBT z tą różnicą, że posiada elektrody sterujące (bramki) z obu stron. To innowacyjne rozwiązanie umożliwia pracę hybrydową, w której element może pracować jako MOSFET, dioda, tranzystor bipolarny i tranzystor IGBT, w zależności od polaryzacji elektrod i przyłożonego napięcia. Jest układem symetrycznym, co pozwala na pracę w każdym kierunku: zaporowym i przewodzenia z taką samą wydajnością. Obecnie, aby uzyskać taką symetrię, wykorzystuje się cztery elementy półprzewodnikowe – dwa tranzystory IGBT i dwie diody. Dzięki tak unikalnej konstrukcji B-TRAN osiąga 10-krotnie mniejsze straty mocy i znaczną poprawę wydajności w stosunku do obecnych rozwiązań. W dodatku przewidywane szybsze przełączanie ma umożliwić tworzenie tańszych, mniejszych i lżejszych przetworników mocy o wyższej sprawności. Dodatkową zaletą jest to, że oprócz stosowanego krzemu konfiguracja układu pozwala na użycie innego materiału o szerokiej przerwie energetycznej, jak na przykład: węglik krzemu (SiC). Wykorzystanie tego materiału ma umożliwić przepływ większych prądów oraz zmniejszyć straty mocy, w porównaniu do układów MOSFET opartych na SiC. Analitycy firmy IHS Technology przewidują, że rynek półprzewodnikowych układów mocy do roku 2019 osiągnie wartość 20 miliardów dolarów. Firma Ideal Power Inc liczy, że korzyści wynikające z wprowadzenia nowego układu B-TRAN, pozwolą na pozyskanie znacznej części rynku należącego obecnie do tranzystorów IGBT. Produkowane układy B-TRAN nie mogą być jeszcze stosowane w obecnych urządzeniach. Będą natomiast wykorzystywane do testów w celu określenia wszystkich możliwości. Producent wyposaży układ w sterownik, który pozwoli na przeprowadzenie testów pod koniec 2016 roku. Rezultaty testów zostaną wykorzystane do ulepszenia projektu układu oraz optymalizację procesu produkcji. Najprawdopodobniej pierwszym komercyjnym zastosowaniem będą konwertery mocy wykonanie w technologii PPSA (Power Packet Switching Architecture). Jest to nowa technologia modulacji prądu, które znacznie zmniejsza rozmiar, wagę i koszt systemów konwersji mocy PCS (Power Conversion Systems), jednocześnie zwiększając wydajność i elastyczność systemu.