Силовые преобразователи в электроснабжении

Введение 3
Историческая справка по силовой полупроводниковой электронике 7
Последние достижения в силовой полупроводниковой электронике 9
Приложения силовой полупроводниковой электроники 12
Будущие тенденции в силовой полупроводниковой электронике 14
Заключение 19
Список литературы 20

Весь текст будет доступен после покупки

Силовая полупроводниковая электроника — это тип электронного устройства, которое обеспечивает эффективное управление и преобразование электроэнергии. Эти устройства необходимы в широком спектре приложений, включая электромобили, системы возобновляемых источников энергии и промышленную автоматизацию. Силовая полупроводниковая электроника работает, управляя потоком электроэнергии за счет использования полупроводниковых материалов, таких как кремний и нитрид галлия. Манипулируя свойствами этих материалов, можно создавать устройства, способные выдерживать высокие напряжения и токи, быстро переключаться между состояниями «включено» и «выключено» и работать при высоких температурах. Развитие силовой полупроводниковой электроники стало ключевым фактором технического прогресса за последние несколько десятилетий, что позволило создать более эффективные и надежные электрические системы.

Рисунок 1 - Эволюция рынка силовой электроники за 2018–2024 годы
Одной из ключевых задач при разработке силовой полупроводниковой электроники было улучшение ее характеристик при одновременном снижении стоимости и сложности. Это привело к исследованию новых материалов и архитектур устройств, которые могут обеспечить более высокую производительность и эффективность по сравнению с традиционными устройствами на основе кремния. Например, полупроводники с широкой запрещенной зоной, такие как нитрид галлия и карбид кремния, в последние годы привлекли значительное внимание из-за их уникальных свойств, включая более высокое напряжение пробоя, более высокие скорости переключения и более низкое сопротивление во включенном состоянии. Эти свойства делают полупроводники с широкой запрещенной зоной идеальными для мощных и высокочастотных приложений, таких как силовые преобразователи, приводы двигателей и системы беспроводной зарядки. Кроме того, ожидается, что внедрение полупроводников с широкой запрещенной зоной приведет к значительному повышению энергоэффективности и удельной мощности систем силовой электроники, что может иметь важные последствия для различных отраслей и секторов.

Весь текст будет доступен после покупки

Историческая справка по силовой полупроводниковой электронике
Недавние достижения в технологии силовых полупроводников открыли новые возможности для различных применений, таких как транспорт, хранение энергии и управление сетями. В транспортном секторе растущий спрос на электрические и гибридные транспортные средства привел к разработке мощных и высокоэффективных систем силовой электроники. Силовые полупроводниковые устройства, такие как инверторы и приводы двигателей, играют решающую роль в работе электромобилей, преобразовывая постоянное напряжение батареи в переменное напряжение для привода электродвигателя. Использование полупроводников с широкой запрещенной зоной в этих приложениях может привести к значительному повышению эффективности и удельной мощности системы силовой электроники, что позволит увеличить дальность действия и сократить время зарядки. Кроме того, технология силовых полупроводников также необходима для разработки других транспортных систем, таких как самолеты и поезда, где растет спрос на более эффективные и надежные системы силовой электроники.
В секторе накопления энергии силовая полупроводниковая электроника имеет решающее значение для работы различных систем накопления энергии, таких как аккумуляторы и суперконденсаторы. Системы силовой электроники используются для управления зарядкой и разрядкой этих накопителей энергии, а также для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока для интеграции в сеть. Использование полупроводников с широкой запрещенной зоной в системах накопления энергии может повысить их эффективность, уменьшить их размер и вес, а также увеличить удельную мощность. Это может привести к значительным преимуществам с точки зрения емкости накопления энергии, надежности и экономической эффективности, позволяя использовать больше возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, и снижая зависимость от ископаемых видов топлива. Кроме того, технология силовых полупроводников также важна для разработки интеллектуальных сетевых систем, где устройства силовой электроники используются для управления потоком электроэнергии, поддержания стабильности сети и интеграции возобновляемых источников энергии в сеть. Повышая эффективность и надежность силовой полупроводниковой электроники, можно создать более устойчивую и отказоустойчивую энергетическую систему.
В дополнение к секторам транспорта и хранения энергии силовая полупроводниковая электроника также имеет решающее значение в разработке систем промышленной автоматизации. Системы силовой электроники используются для управления работой различных электрических машин, таких как двигатели, генераторы и трансформаторы, в промышленных условиях. Использование передовых силовых полупроводниковых устройств может повысить эффективность, надежность и безопасность этих машин, обеспечивая более высокую производительность и более низкое потребление энергии. Кроме того, силовые полупроводниковые технологии также необходимы для разработки систем возобновляемой энергии, таких как ветряные турбины и солнечные панели, где устройства силовой электроники используются для преобразования постоянного напряжения, генерируемого этими системами, в переменное напряжение для интеграции в сеть. Повышая производительность и эффективность силовой полупроводниковой электроники, можно создавать более устойчивые и экономичные системы промышленной автоматизации и возобновляемых источников энергии.

Весь текст будет доступен после покупки

1. А.А. Матюхин, Е.А. Лебедев, А.А. Абросимов. "Новые технологии в области силовой полупроводниковой электроники." Вестник Российской академии наук, том 86, № 5, с. 399-406, май 2016 г.
2. С.Г. Трубин, Ю.Н. Варецков. "Тенденции развития полупроводниковых приборов для высоковольтных систем." Вестник Удмуртского университета. Серия 1: Математика. Механика. Компьютерные науки, том 26, № 1, с. 45-54, 2016 г.
3. И.В. Маркин, И.В. Борисов, Н.А. Бугаев. "Современные технологии производства силовых полупроводниковых приборов на основе кремния." Электроника: Научно-технический журнал, № 7, с. 48-54, 2018 г.
4. А.С. Заднепровский, Ю.В. Крючков, М.В. Якимов. "Развитие технологий изготовления силовых полупроводниковых устройств на основе карбида кремния." Труды Института электроники и нанотехнологий им. В.А. Котельникова РАН, том 12, № 3, с. 68-74, 2017 г.

Весь текст будет доступен после покупки