Language
Country/Area
No result found
Từ van hồ quang thủy ngân đến chất bán dẫn hiện đại: Sự phát triển của điện tử công suất đã thay đổi thế giới như thế nào?
Sự tiến bộ của công nghệ điện tử công suất đặc biệt quan trọng đối với sự chuyển đổi lối sống của xã hội hiện đại. Công nghệ này tập trung vào việc điều khiển và chuyển đổi điện năng. Có niên đại từ những thiết bị điện tử công suất cao đầu tiên, việc phát minh ra van hồ quang thủy ngân có thể nói là đã mở ra một kỷ nguyên công nghệ mới. Ngày nay, các thiết bị chuyển mạch bán dẫn hiện đại, chẳng hạn như điốt, thyristor và MOSFET công suất, không chỉ thay thế các ống chân không đời đầu mà còn đạt được những đột phá mới trong công nghệ. Những thiết bị này cho phép chúng ta xử lý hiệu quả một lượng lớn năng lượng điện, vốn đã trở nên không thể thiếu trong nhiều loại sản phẩm điện tử.
Trong phạm vi từ hàng chục watt đến hàng trăm watt, bộ chuyển đổi AC/DC (bộ chỉnh lưu) là thiết bị điện tử công suất điển hình nhất và được sử dụng rộng rãi trong tivi, máy tính cá nhân và bộ sạc pin.
Lịch sử công nghệ điện tử công suất
Sự phát triển của công nghệ điện tử công suất bắt đầu từ đầu thế kỷ 20. Bộ chỉnh lưu hồ quang thủy ngân do Peter Cooper Hewitt phát minh vào năm 1902 đã trở thành một thiết bị quan trọng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Với sự ra đời của bộ chỉnh lưu selen vào năm 1933, tiếp theo là việc phát minh ra bóng bán dẫn tiếp xúc lưỡng cực (BJT) và bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon (SCR), công nghệ điện tử công suất đã bước vào một giai đoạn phát triển mới. Kể từ đó, những tiến bộ trong công nghệ bán dẫn đã cho phép các điốt bán dẫn công suất cao dần thay thế các ống chân không và công nghệ truyền động tần số thay đổi của động cơ cũng ra đời.
Lịch sử của công nghệ điện tử công suất đã chứng kiến sự ra đời của nhiều cải tiến quan trọng, khiến nó trở thành nền tảng không thể thiếu của điện tử công nghiệp và tiêu dùng hiện đại.
Ứng dụng chất bán dẫn hiện đại trong điện tử công suất
Trong vài thập kỷ qua, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn đã tạo ra nhiều thiết bị điện tử khác nhau, trong đó đáng chú ý nhất bao gồm công nghệ MOSFET điện và IGBT. MOSFET công suất là thiết bị cấp nguồn phổ biến nhất trên thế giới hiện nay do công suất truyền động cổng thấp, tốc độ chuyển mạch nhanh và độ chắc chắn. IGBT bắt đầu được sử dụng rộng rãi vào những năm 1990, tích hợp khả năng xử lý năng lượng của bóng bán dẫn lưỡng cực với ưu điểm truyền động cổng cách ly của MOSFET.
Ứng dụng rộng rãi của MOSFET điện bao gồm thiết bị thông tin di động, mạch tích hợp nguồn, điện thoại di động, máy tính xách tay và cơ sở hạ tầng truyền thông hỗ trợ Internet.
Tiến độ và những thay đổi về trang thiết bị
Hiệu suất và tính kinh tế của hệ thống điện tử công suất hiện đại phụ thuộc vào đặc tính của thiết bị hoạt động. Khi thiết bị thể rắn được cải thiện về khả năng xử lý điện áp và dòng điện, thiết bị chân không gần như được thay thế hoàn toàn. Chúng được sử dụng rộng rãi làm công tắc hoặc bộ khuếch đại và thiết kế của chúng phải tính đến hiệu suất và tổn thất điện năng, những yếu tố rất quan trọng đối với hiệu suất tổng thể của bộ chuyển đổi điện tử công suất.
Một công tắc lý tưởng phải bật hoặc tắt để không tiêu thụ bất kỳ nguồn điện nào và các thiết bị bán dẫn có thể gần đúng với hoạt động lý tưởng này, cho phép cải thiện đáng kể hiệu suất trong các ứng dụng điện tử công suất.
Bộ chuyển đổi DC/AC (biến tần)
Dạng sóng đầu ra AC do bộ chuyển đổi DC sang AC tạo ra xuất phát từ nguồn DC và loại biến tần này thường được sử dụng trong các ứng dụng như biến tần, hệ thống UPS, hệ thống truyền tải AC linh hoạt, v.v. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, các loại và chức năng của bộ biến tần ngày càng đa dạng. Ví dụ, sự phát triển của bộ biến tần đa cấp đã làm cho dạng sóng đầu ra AC được tạo ra gần với sóng hình sin hơn, do đó cải thiện chất lượng cung cấp điện.
Các công nghệ biến tần này có những đặc điểm riêng và cạnh tranh với nhau, thúc đẩy sự phát triển của toàn ngành và thay đổi cách chúng ta sử dụng điện ở mức độ lớn.
Nhìn về tương lai
Khi công nghệ điện tử công suất tiếp tục phát triển, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển từ van hồ quang thủy ngân sang chất bán dẫn hiện đại, điều này không chỉ làm thay đổi sản xuất công nghiệp mà còn ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Những tiến bộ trong các công nghệ này không chỉ cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn thúc đẩy việc tích hợp năng lượng tái tạo, thúc đẩy hơn nữa việc hiện thực hóa các thành phố thông minh và lưới điện thông minh. Trong tương lai, điện tử công suất sẽ tiếp tục thúc đẩy tiến bộ công nghệ và giải quyết những thách thức của biến đổi khí hậu như thế nào?
