В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ разрабатывают технологию для мощных преобразователей энергии на полупроводниках нового поколения — они должны прийти на смену кремнию. Эти устройства управляют электричеством в приводах и системах питания и нужны в авиакосмической отрасли и промышленности, где важны компактность и высокий КПД.
Такие преобразователи меняют напряжение и частоту тока, чтобы питать двигатели, системы навигации и другое оборудование. Чем компактнее и эффективнее преобразователь, тем меньше весит и потребляет энергии вся система. Сегодня такие устройства на кремнии подошли к пределу своих возможностей — дальше уменьшать и увеличивать мощность становится все сложнее.
Как рассказал доцент кафедры электроники и электротехники НГТУ НЭТИ, кандидат технических наук Алексей Удовиченко, разработка высокоэффективных гибридных систем силовой электроники на основе широкозонных полупроводников открывает новые возможности: при передаче мощности на частотах 500 кГц можно достичь плотности энергопреобразования 1000 Вт на кубический дюйм объема корпуса.
«Мы проектируем модуль силового инвертора напряжения мощностью 10 кВт, работающий на частоте 500 кГц. КПД такой системы составляет 98%, что является конкурентным показателем на рынке. Столь высокий КПД обеспечивается за счет применения широкозонных полупроводниковых материалов — это дает возможность снизить суммарные потери инвертора по сравнению с классическими кремниевыми MOSFET-структурами, то есть стандартными полевыми транзисторами», — объясняет ученый.В результате должен появиться полупроводниковый преобразователь с минимальными массой и габаритами. Подобные устройства могут применяться в мехатронных системах специального назначения, в частности в регулируемом электроприводе и системах питания аэрокосмической отрасли.
Теперь ученым предстоит решить две задачи. Первая — техническая: собрать модули с низкими помехами и разработать технологию их изготовления. Вторая — документальная: подготовить методики испытаний и требования к материалам.
Партнерами проекта выступят новосибирские предприятия АО «ПО Север» и АО «НИИ Октава». Срок выполнения — три года.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
