A dificuldade de aumentar ainda mais a eficiência de conversão de energia de componentes à base de silício na eletrônica de potência parece indicar que estamos atingindo os limites de possíveis avanços para essa tecnologia. Contudo, um grupo de pesquisa liderado pela Universidade de Tóquio recentemente desafiou essa visão ao desenvolver um dispositivo de comutação de energia que ultrapassa os limites de desempenho anteriores, ilustrando que a tecnologia de silício ainda pode ser otimizada. Os pesquisadores desenvolveram um transistor bipolar de porta isolada (IGBT) aprimorado, que é um tipo de interruptor usado na conversão de energia para alternar altas tensões de cerca de 600 a 6500 V.

Para projetar seu IGBT, a equipe usou uma abordagem de escalonamento. Suas simulações de escala revelaram que reduzir a escala de parte de um IGBT para um terço de seu tamanho original poderia diminuir sua tensão de operação de 15 V para apenas 5 V e diminuir substancialmente sua força motriz.

"Nossa abordagem de escala de IGBT foi baseada em um conceito semelhante ao usado na microeletrônica tradicional e indicou que um IGBT com uma tensão operacional de 5 V deve ser viável, "diz Takuya Saraya." No entanto, pensamos que uma tensão de acionamento de 5 V poderia ser muito baixa para superar o nível de ruído inesperado e garantir uma operação confiável. "

Para verificar seus resultados de simulação, os pesquisadores fabricaram seu IGBT com uma tensão nominal de 3300 V em uma sala limpa especializada na Universidade de Tóquio e então avaliaram seu desempenho. Notavelmente, o IGBT alcançou comutação estável em uma tensão operacional de apenas 5 V. Isso representa a primeira vez que a comutação IGBT foi realizada em 5 V.

Um IGBT que exibe desempenho estável a uma tensão operacional de apenas 5 V é extremamente atraente porque o consumo de energia do circuito de acionamento é apenas cerca de 10% do de um IGBT convencional operando a 15 V. A eficiência de conversão de energia também é melhorada, apesar da redução tensão de operação. Essa baixa tensão de operação também é compatível com o processamento eletrônico padrão, que ajudará na integração dos circuitos de acionamento IGBT com outros eletrônicos.

"IGBTs são importantes componentes eletrônicos de potência, "explica Toshiro Hiramoto." Nosso IGBT miniaturizado pode levar ao desenvolvimento de eletrônica de potência avançada, que é menor e tem maior eficiência de conversão de potência. "

Os IGBTs são encontrados em aparelhos eletrônicos que vão desde trens elétricos e veículos a aparelhos de som domésticos e condicionadores de ar. Portanto, o IGBT aprimorado com baixa tensão de acionamento e alta eficiência de conversão de energia mostra a promessa de aumentar o desempenho de vários eletrônicos, ajudando a mitigar as crescentes demandas de energia da sociedade moderna.