Szansa na mniejsze zasilacze [Eureka DGP!]

Każdy, kto choć trochę interesuje się techniką, wie, że tranzystor to element, który zrewolucjonizował elektronikę. W dużym uproszczeniu: tranzystory umożliwiają sterowanie przepływem prądu w urządzeniu. Praktycznie w każdym, bo dzisiaj komponent elektroniczny jest zawarty w większości rzeczy, którymi się posługujemy.

Tematem tranzystorów w projektowaniu i montażu od lat zajmuje się dwóch naukowców z Wydziału Elektrycznego Uniwersytetu Morskiego w Gdyni: prof. Krzysztof Górecki oraz prof. Paweł Górecki, ojciec i syn, którzy współdzielą pasję i zainteresowania badawcze.

Obecnie nasze badania skupiają się wokół zagadnienia wiarygodnego pomiaru parametrów tranzystorów, które można zastosować w układach energoelektronicznych, czyli służących do przekształcania energii elektrycznej. To właśnie te parametry determinują m.in., jak szybko mogą być przełączane tranzystory w zasilaczach, co jest kluczowe dla redukcji wymiarów tych urządzeń – mówi prof. Paweł Górecki.

Minimalizacja zasilaczy

Ich wynalazek – "Sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką i układ do pomiaru energii włączania/wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką" – można zastosować przy projektowaniu różnych układów zawierających tranzystory mocy.

Badacze uważają, że może być wykorzystywany np. przy projektowaniu różnego typu zasilaczy. Im szybciej będziemy mogli przełączać tranzystory w zasilaczu, tym mniejszy może on być. To pożądana cecha, bo raz, że dzięki temu będą one tańsze, a dwa – lżejsze, co ma niebagatelne znaczenie dla użytkowników np. laptopów – mówi prof. Paweł Górecki.

Kluczowymi parametrami w projektowaniu zasilaczy, a w szczególności doboru częstotliwości przełączania, która zadecyduje o ich wielkości, są energie włączania i wyłączania tranzystorów. Bo na skutek wydzielania się energii w trakcie przełączania (czyli włączenia i wyłączenia) ich temperatura rośnie.

W konsekwencji zasilacz się nagrzewa, przegrzany zaś może się awaryjnie wyłączyć lub nawet zepsuć. W zależności od tego, jak go zaprojektujemy – jaka będzie wartość częstotliwości przełączania tranzystorów przetwarzających tę samą moc – urządzenie może być w trakcie pracy cieplejsze lub chłodniejsze.

Dane niezbędne w procesie projektowania układów zasilających są udostępniane przez producentów tranzystorów. Kłopot polega na tym, że wraz z rozwojem tych elementów dotychczas stosowane metody pomiaru stają się coraz mniej dokładne. Powoduje to problemy, których rozwiązaniem jest wynalazek Góreckich.

Jego główną zaletą jest to, że przy użyciu tanich przyrządów pomiarowych, które są powszechnie dostępne, można zmierzyć parametry opisujące proces przełączania tranzystorów dużo dokładniej, niż wykorzystując drogi sprzęt oraz klasyczne metody pomiarowe – mówi prof. Krzysztof Górecki.

Dla domu i przemysłu

Opracowany przez gdyńskich naukowców sposób pomiaru ma zastosowanie przede wszystkim w przemyśle. Mówimy tu o wszystkich urządzeniach zasilających. To właściwie większość sprzętów w domu: od lampy świecącej nad naszą głową do komputera. Każde urządzenie ma zasilacz będący takim interfejsem łączącym je z siecią elektroenergetyczną. Zapewnia on pożądane parametry napięcia i prądu – mówi prof. Krzysztof Górecki.

Na wynalazku mogą skorzystać również projektanci falowników wykorzystywanych przez urządzenia produkujące prąd z odnawialnych źródeł energii. Podczas przekazywania energii wytwarzanej przez wiatraki lub panele fotowoltaiczne do sieci elektroenergetycznej trzeba przekształcić wytwarzany przez nie prąd na przebieg sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz i znamionowym napięciu sieciowym. I tu nasz patent też może zostać zastosowany – dodaje prof. Krzysztof Górecki. ©Ⓟ