Högkraftselektronik

Högkraftselektronik är en gren av elektrisk energiomvandling som fokuserar på konstruktion och kontroll av omvandlare som hanterar höga effektnivåer, ofta från kilowatt upp till megawatt. Syftet är att omvandla och styra elektrisk energi mellan olika former och nät på ett effektivt och säkert sätt. Viktiga krav är hög tillförlitlighet, god värmehantering och följsamhet mot elsäkerhets- och EMC-krav.

Centrum utgörs av kraftomvandlare och kraftkomponenter. Vanliga aktiva enheter är IGBT, MOSFET och dioder, men nyare bredbandgap-halvledare såsom kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN). Vid sidan av dessa ingår kylsystem, isolationsmaterial och EMI-skydd.

Topologier inkluderar likriktare (AC-DC), växelriktare (DC-AC), DC-DC-omvandlare, samt tvåvägsomvandlare för energilagring eller fordonsapplikationer. Inom mycket hög effekt används modulära multilevel-omvandlare (MMC).

Användningar spänner över industriell motorstyrning, eldrivna fordon, förnybar energi, överföring av stora mängder kraft via HVDC, samt kraftförsörjning till datacenter, tåg och fartyg.

Utmaningar inkluderar termisk hantering, effektivitet och switchingförluster, elektromagnetisk störning, samt krav på nätanslutningar och säkerhet. Trenderna pekar mot ökad användning av SiC- och GaN-enheter, högre switchfrekvenser och digital styrning samt modulära topologier och förbättrad övervakning.