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Jul 01, 2023

Könnte Toshiba verdreifachen

Bei der Energieverwaltung zählt jedes Watt. Bei der Betrachtung der Orte, an denen in einem System Leistungsverluste auftreten, kann es vorkommen, dass ein gemeinsamer Schuldiger identifiziert wird: Schaltverluste. Heute, Toshiba

Bei der Energieverwaltung zählt jedes Watt. Bei der Betrachtung der Orte, an denen in einem System Leistungsverluste auftreten, kann es vorkommen, dass ein gemeinsamer Schuldiger identifiziert wird: Schaltverluste.

Heute stellte Toshiba die Ergebnisse seines IGBT-Prototyps (Triple-Gate Insulated Gate Bipolar Transistor) vor, der eine Reduzierung des Leistungsverlusts durch Schaltverluste verspricht.

Designer stoßen beim Leistungsverlust in IGBTs häufig auf zwei Hauptprobleme: Leitung und Ein- und Ausschalten. Es kann schwierig sein, diesen Leistungsverlust zu reduzieren, da Leitungsverluste häufig die Schaltverluste erhöhen.

Vor diesem Hintergrund hofft Toshiba, dass durch die Integration von Triple-Gate-IGBTs mit Gate-Steuerungstechnologie die Schaltverluste um 50 % (Einschalten) und 28 % (Ausschalten) reduziert werden könnten. Beim Vergleich dieses Prototyps mit herkömmlichen IGBTs gibt Toshiba an, dass dadurch der Gesamtleistungsverlust beim Schalten um bis zu 40,5 % reduziert werden könne.

Wenn dieser Prototyp die von Toshiba behaupteten Spezifikationen erfüllen kann, könnte dieser IGBT den Leistungsverlust in Leistungswandlern erheblich reduzieren.

Der IGBT-Prototyp mit drei Gates von Toshiba umfasst das Hauptgate (MG), ein primäres Steuergate (CGp) und ein sekundäres Steuergate (CGs).

Jedes Tor wird unabhängig angetrieben. Durch die Verzögerung der sekundären Steuergates und das Einschalten der Hauptgates und primären Steuergates werden gleichzeitig große Elektronen- und Lochströme von allen drei Gate-Elektroden erzeugt. Sie sammeln sich dann mit höherer Geschwindigkeit im IGBT an, was zu einer schnelleren Schaltzeit und geringeren Einschaltverlusten führt.

Wenn der Prototyp von Toshiba abschaltet, werden die Elektronen und Löcher reduziert, indem das primäre Steuergate ausgeschaltet wird, bevor das Hauptgate ausgeschaltet wird (während die sekundären Steuergates ausgeschaltet bleiben). Der Abschaltverlust verringert sich, wenn das Hauptgate abgeschaltet wird, da beim vollständigen Abschalten des IGBT die Elektronen und Löcher schnell verschwinden.

Mit diesem vorgeschlagenen Fortschritt kann die Entwicklung künftiger, energieeffizienterer IGBTs ihren Weg in umweltfreundliche elektrische Systeme finden.

CO2-Neutralität ist ein zunehmend verbreitetes Ziel für einzelne Geräte und Systeme bis hin zum Leitbild von Unternehmen. Während Innovationen zur Erreichung dieses Ziels ingenieurwissenschaftliche Disziplinen umfassen, könnten IGBTs eine herausragende Rolle bei der Entwicklung effizienterer Energiesysteme spielen.

Unternehmen wie STMicroelectronics hoffen, bis 2027 klimaneutral zu sein, während Infineon das Jahr 2030 anstrebt. Obwohl Unternehmen einen großen Anteil an den CO2-Emissionen haben, hat diese Initiative eine globale Dimension erreicht: Über 110 Länder verpflichten sich, bis 2050 klimaneutral zu sein.

Da viele Länder und Unternehmen darauf drängen, umweltfreundlicher zu werden, indem sie ihren CO2-Fußabdruck verringern, scheint dieser Fortschritt von Toshiba ein vielversprechender Erfolg in die richtige Richtung zu sein. Diese technologische Verbesserung könnte eine von vielen sein, die wir in nicht allzu ferner Zukunft erleben werden.