Перспективы развития полупроводниковых преобразователей

Говоря о перспективах развития полупроводниковых преобразователей, необходимо отметить две стороны этого вопроса.

Первая охватывает технические и организационные проблемы, связанные с внедрением уже существующих полупроводниковых элементов в различные области электротехники, вторая связана с вопросами возможного развития новых полупроводниковых элементов.

Перспективы внедрения разработанных в настоящее время полупроводниковых элементов на ближайшее десятилетие достаточно ясны. Очевидно, что параметры как неуправляемых вентилей, так и тиристоров будут расти и эти элементы найдут применение во всех рассмотренных выше областях электротехники. Есть основание предполагать, что в ближайшие 3—4 года величины номинальных напряжений и токов серийных тиристоров возрастут до 1 000 — 1200 в и 250 - 300 а. Об этом, в частности, свидетельствует тот факт, что уже сейчас изготовлены опытные образцы тиристоров на номинальное напряжение 800 — 1000 в и ток 500 — 700 а. Весьма перспективными элементами можно считать также симисторы, которые, очевидно, найдут применение не только в преобразователях переменного тока, но и в схемах реверсивных выпрямителей, в инверторах и преобразователях частоты.

Разрешив все проблемы, связанные с последовательным и параллельным соединением силовых полупроводниковых элементов, можно будет резко увеличить мощность полупроводниковых преобразователей. В настоящее время в США ведутся исследования и разработки в области использования неуправляемых вентилей в преобразователях мощных линий передач, рассчитанных на напряжение 320000 в и ток 100 о в каждом плече. Созданы также секции последовательно соединенных тиристоров на напряжение 5000 в и ток 100 а. Высокая стоимость силовых полупроводниковых элементов, препятствующая в настоящее время их широкому внедрению во многие отрасли техники, безусловно, снизится в ближайшее время, так как в результате расширения производства полупроводниковых приборов и улучшения технологии их изготовления снизится и себестоимость. Одной из причин высокой стоимости силовых полупроводниковых элементов является высокая стоимость монокристаллического кремния. Однако нет сомнения в том, что путем усовершенствования технологии получения монокристаллического кремния будет снижена и его стоимость.

Определить перспективы развития новых видов полупроводниковых элементов значительно труднее. В настоящее время можно лишь установить, какие новые полупроводниковые элементы или узлы были бы необходимы для усовершенствования и упрощения преобразовательных схем.

Одним из таких желательных элементов является запираемый симистор, который можно было бы не только отпирать, но и запирать при помощи управляющего импульса. Такой элемент упростил бы необходимые вспомогательные цепи и схемы управления, а также дал бы возможность повысить коэффициент мощности преобразователя.

Конструкция полупроводникового преобразователя могла бы быть упрощена и в том случае, если бы целые узлы схемы были конструктивно объединены в одном блоке. Анализ схем преобразователей показывает, что существует около пяти элементов или узлов, из которых можно было бы создавать почти все рассмотренные преобразователи.

Возможность создания преобразователей из таких блоков подтверждается тем, что уже сейчас изготовлены интегральные схемы небольшой мощности (5—10 кет), замещающие, например, неуправляемую однофазную мостовую схему.

Можно полагать, что в ближайшие годы параметры таких полупроводниковых блоков возрастут, а в будущем интегральные схемы полупроводниковых преобразователей смогут быть использованы во всем диапазоне токов и напряжений, встречающихся в электротехнике.

Бирзниек Л., Полупроводниковые преобразователи. — М., «Энергия», 1967