Forskere sprængte transistorer i luften: Nu er de verdensførende
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Forskere sprængte transistorer i luften: Nu er de verdensførende

Der blev gået til stålet, da forskningsprojektet IEPE om effektelektronik gik i luften for seks år siden.

»Vi startede projektet med at sprænge transistorer i luften i 2012. Vi er jo ingeniører og for at forstå tingene ordentligt – altså hvordan de fungerer, hvornår de holder op med at fungere og hvorfor – så vil vi gerne skille dem ad, ødelægge dem og selv lave dem igen,« siger Stig Munk-Nielsen, professor MSO ved Institut for Energiteknologi, Aalborg Universitet, ifølge en pressemeddelelse.

Professor Stig Munk-Nielsen og hans kolleger sprængte transistorer i luften for bedre at forstå dem. Illustration: Aalborg Universitet

Han står i spidsen for forskningsprojektet, der er finansieret af Innovationsfonden, og som i samarbejde med en række af Danmarks største energivirksomheder har resulteret i udviklingen af smartere og mere energieffektiv effektelektronik.

Effektelektronik er de transformere, transistorer og konvertere, der får elektriske apparater til at fungere. I dag er forskningsprojektet IEPE blandt verdens førende på området.

Effektelektronik sikrer blandt andet, at et elektrisk apparat hele tiden får den optimale mængde spænding tilført. Det kan for eksempel være en mobiloplader, der omformer elnettets 230V til 12V, så opladeren ikke brænder sammen.

Effektelektronik transporterer strøm

Det er også effektelektronik, som omformer jævnstrøm til vekselstrøm og sørger for, at den elektricitet, der produceres i eksempelvis vindmøller, kan transporteres over elnettet i Danmark.

Her er det helt centralt, at tilpasningen sker så energieffektivt som muligt. Med andre ord skal tabet af energi i effektelektronikken mindskes.

»I bund og grund tilpasser effektelektronik spændingen, så apparatet i hver sin ende er glad og tilfreds.«

Derudover er effektelektronikken essentiel for at optimere transporten af elektricitet, hvor man helst vil have så høj spænding som muligt.

Derfor begyndte Stig Munk Nielsen forskningsprojektet med at teste effektelektronikkens begrænsninger. Efter at have sprængt transistorer i luften fandt forskerne ud af, hvor de skulle sætte ind for at gøre dem mere effektive og i stand til at håndtere den højere spænding.

Vindmølle-konverter går dobbelt op

Det har blandt andet resulteret i en ny konverter til vindmøller, som kan klare en spænding på 15 kilovolt, hvilket er det dobbelte af traditionelle konvertere.

En anden udfordring i effektelektronikken er, at der tabes energi, når en spænding konverteres. Det er den varme, man for eksempel kan mærke på sin mobiloplader. Omkring to procent af energien går tabt.

En vindmølle på 10 megawatt taber omkring 200 kilowatt, når spændingen konverteres til at blive sendt ud på el-nettet.

Der er altså store energibesparelser at hente ved at mindske energitabet. I forskningsprojektet har forskerne udviklet en strømforsyning, som kan konvertere 2 kilowatt med et minimalt tab af energi.

Konvertere med minimalt tab

Det har forskerne gjort ved at bruge en ny type halvleder og ved at fjerne såkaldte 'parasitiske' egenskaber i transformeren, hvor der sker unødvendigt energitab.

»Det er lykkedes en gruppe af vores forskere at udvikle en strømforsyning med så lille et energitab, at det slet ikke er til at forstå,« siger Stig Munk-Nielsen.

Samtidig kan for eksempel opladere gøres mindre, når effektelektronikfrekvensen øges – ligesom regnekraften for en computer øges, når cpu-frekvensen går op.

IEPE-holdet har ledt efter den øvre grænse for effektelektronikfrekvensen og er foreløbig landet på frekvenser, som er cirka 1.000 gange højere end standardfrekvenser på 30 kHz.

Nye banebrydende løsninger har skabt grundlaget for spinoff-virksomheden Nordic Power Converters, som er baseret på den ph.d.-studerende Mickey Madsens arbejde i IEPE. Virksomheden har vundet adskillige priser for sine strømforsyninger.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

15 kV. Om de klarar 1 - 2 MW kanske de kan användas för traktionsmotorer i svenska och tyska ellok? Ett fyraxligt lok behöver fyra stycken omriktare.
Transformatorn, den tyngsta pjäsen i ett lok kan då undvaras.

Danska ellok använder 25 kV.

  • 4
  • 0

Hej Tania

Denne sætnings ende:
for at gøre dem mere effektive og i stand til at håndtere den højere strøm.

Skal nok være
for at gøre dem mere effektive og i stand til at håndtere den højere spænding.

mvh
Jens

  • 3
  • 4

"Det kan for eksempel være en mobiloplader, der omformer elnettets 230V til 12V, så opladeren ikke brænder sammen."

12V er nok lige i overkanten til at lade et batteri i en mobiltelefon. Hvad blev der af 5V?

  • 4
  • 1

12V er nok lige i overkanten til at lade et batteri i en mobiltelefon. Hvad blev der af 5V?


Nu ryger de 12V jo ikke direkte ind på batteriet (det gør en 5V forsyning heller ikke). Spændingen bliver reduceret i flere trin, men da man ikke rigtigt kan håndtere 230V internt i en telefon skal det gerne transformeres ned til et mere fornuftigt niveau, og også få det lavet om til DC. Herefter kan en konverter inde i telefonen regulere det sidste stykke og forsyne batteriet med den helt korrekte spænding (som ikke er konstant).

  • 4
  • 0

Hej Jens

Tak for nærlæsningen. Det er i princippet helt rigtigt. Jeg er dog ikke i tvivl om, at alle ved hvad der hentydes til i dette tilfælde, da det er forklaret i det foregående afsnit, men jeg har nu rettet det for at undgå misforståelser.

Mvh Christian
Jourhavende, ing.dk

  • 0
  • 0

Hej alle

Tak for at komme med diverse korrektur-forslag til artiklen. Skriv gerne direkte til journalisten på mailadressen øverst i artiklen en anden gang. Så kan vi sikre, at eventuelle fejl bliver rettet hurtigst muligt, uden at debatten skal handle om slåfejl når artiklen handler om noget (lidt) andet.

Mvh Christian
Jourhavende, ing.dk

  • 3
  • 0

Nu har jeg stadig ikke fundet en lader der rent faktisk skyder mere end 5V ud til selve telefonen, heller ikke dem der bruger USB-C, har selv en.
Og jo jeg er godt klar over at der ikke bliver lagt 5V direkte over batteriet. Jeg sidder til dagligt som hardware-udvikler og har implementeret flere ladekredse til li-ion.

  • 0
  • 2

Kære Christian Østergard,

Jeg er normalt stor tilhænger af at kommentere 'slåfejl' direkte til journalisten for ikke at disrupte debatsporet ... men her burde der altså have været en redaktør ind over. Der står stadig i artiklen:

Effektelektronik sikrer blandt andet, at et elektrisk apparat hele tiden får den optimale mængde spænding tilført.

Spænding (Volt) kommer altså ikke i 'mængder' ...

PS: Hvis I vil have betaling for ing.dk, så må I gerne stramme jer lidt an.

  • 1
  • 1

Hvordan kan man støtte de mennesker som gør et stort arbejde for at FM radioen bevares ?


Først skriver du spørgsmålet i en tråd om emnet, feks Efter FM-sluk: Norsk radiolytning i frit fald, og spørger der.

Sådan rent personligt skrev jeg til Morten Marinus, da det var den politiker der gjorde mest for at beholde FM. Jeg aner ikke om han brugte nogle af mine argumenter, men han fik igennem at vi foreløbigt beholder FM.

Din overskrift er i øvrigt forkert. Den skulle have været: DAB og DAB+ katastrofen

  • 0
  • 0

Jeg syntes ikke, at artiklen skriver om hvad de har gjort. Der mangler lidt "indhold" i artiklen.

De har ødelagt nogle transistorer - hvem har ikke det... Men, er det eksisterende transistorer, som de har fået til at klare højere spænding, end der står i databladet at de kan klare?? Eller, hvad mener de med, at de kan klare højere spænding? Har de opfundet en måde, så siliciummet kan tåle større spænding?

Så vidt jeg ved, så er det halvlederen der kun kan tåle den spænding som den kan tåle - så kan man - og det står også i databladene - sætte en negativ spænding til basis eller gate, afhængigt af transistorens type, og få den til at tåle højere spænding. Det er også velkendt, og står i databladet. Men, ellers er der jo ikke andre muligheder, end at udvikle en metode, så halvlederne tåler større spænding, end der står i databladet! Og, det er vel også gjort...

Så jeg har lidt svært ved at se at der står andet, end det vi alle har gjort - hvem har ikke ødelagt et par effekt transistorer, fordi de har brugt dem forkert???

Jeg husker mine første eksperimenter med den slags. Der opdagede jeg, at når jeg ødelagde en effekttransistor, så gav den større energi fra sig, end jeg pumpede ind i den, for at ødelægge den.

  • 0
  • 0

Jeg kender ikke noget til SIC transistorer, men for almindelige BJT og CMOS transistorer, er et af mine triks, at anvende to transistorer i serie (kaskadekobling). En kaskadekobling tillader at kombinere egenskaberne fra to forskellige typer transistorer. F.eks. kan den som er øverst, have høj spænding, mens den der er lavest, have lave kapaciteter. Det, som er specielt, når to transistorer sættes sammen i en kaskadekobling, er desuden at drain på den nederste hives over gate spændingen (eller basis spændingen) på den øverste - dette medfører en negativ forspænding af basis/gate, som øger den spænding, at transistoren tåler. Den kan hives ganske højt op, og det kan kræve beskyttelseskomponenter, for at undgå transistorerne brænder af. Men det er muligt at opnå større spænding over transistoren, og at den kobler hurtigere ud.

Jeg har en forkærlighed for emitterfølgere, eller sourcefølgere, og anvender typisk ovenstående konfiguration som sourcefølger eller emitterfølger.

  • 0
  • 0

Jeg kender ikke noget til SIC transistorer

Det er sparsomt med oplysninger og komponenter som jeg er faldet over, så min viden er begrænset til hvad der kan finds på nettet.

Et julegaveønske kunne sagtens være en håndfuld komponenter, literatur, data sheet, tutorials, så man kunne lege med dem og danne sig mening om deres fortræffeligheder.

Deres fortrin er stor effect og høj spænding, så det bliver nok svært at sprænge dem til nytår ;-)

  • 0
  • 0

Samsung kører allerede 9V til hurtigladning.
På biler er der også talt om at gå fra 12V til 48V, ligesom man gik fra 6 til 12V sidst i 60erne.

  • 0
  • 0