Tehoelektroniikka - elektroniikan ala , joka liittyy sähköenergian muuntamiseen, sen ohjaukseen tai sen kytkemiseen ilman ohjausta (päälle ja pois päältä) [1] :5 . Samanaikaisesti teho- ja pienvirtaelektroniikan ero ei ole laitteen virran tai tehon vahvuudessa (esimerkiksi lähetyslähetin voi olla tuhansia kertoja tehokkaampi kuin koneen sähkökäyttö), mutta tarkoituksessa - pienvirtatekniikan tehtävänä on toistaa tarkasti signaalin muoto vastaanottopäässä, kun taas energiahäviöt ovat kiinnostavia toiseksi; voimatekniikan tapauksessa ensimmäinen tehtävä on vähentää energian hävikkiä lähetyksen aikana. [2]
Tehoelektroniikan muuntajien toimintaperiaate perustuu venttiilien säännölliseen päälle- ja poiskytkentään . [3] :14
Tehoelektroniikan tarve syntyi ensimmäisten sähkönlähteiden ilmaantumisen jälkeen lähteiden virtojen ja jännitteiden säätelytarpeen yhteydessä [1] :7 . Muuntajien tulo mahdollisti kuluttajan vaihtojännitteen lisäämisen tai pienentämisen. Elektroniikkaputkien ( elektrovakuumidiodien ) luominen mahdollisti vaihtovirran muuntamisen tasavirraksi ilman sähkökonemuuntimia [1] :8 . Putkitriodien ilmaantuminen mahdollisti tasavirran muuntamisen vaihtovirraksi [1] :9 . Elohopeaventtiilien luominen mahdollisti muunnetun tehon ja käytetyn jännitteen lisäämisen. 1950-luvun lopulla muuntimet pystyivät toimimaan jopa 1 kV jännitteillä ja 900 A :n virroilla [1] :10 , 50- ja 60-luvuilla hallittiin puolijohdelaitteiden valmistus : diodit, tyristorit. [1] :12
Tehoelektroniikan historiassa voidaan erottaa kaksi ajanjaksoa: elohopeaventtiilin keksiminen vuonna 1901 ja tyristorin ilmestyminen vuonna 1958 – puolijohdetehoelektroniikan alku. Nykyään elektroniikka käsittelee pääsääntöisesti puolijohteita. [neljä]
Piikarbidi (SiC) oli viime aikoihin asti ainoa vaihtoehto korkeajännitteisille (yli 600 V) teholaitteille, joissa vaaditaan korkeaa hyötysuhdetta, tehoa, nopeutta ja käyttölämpötilaa. Integroitujen piirien ja tehoelektroniikkatuotteiden puolijohdemikroelektroniikan uusista materiaaleista eniten kiinnostaa laajarakoisten puolijohteiden ryhmä, ja ennen kaikkea galliumnitridi (GaN), SiC, galliumoksidi Ga 2 O 3 , timantti . Ja halkaisijaltaan ja paksuudeltaan halvempien GaN-Si- heterorakenteiden saamiseen liittyvien teknisten ongelmien ratkaisun yhteydessä galliumnitridi ei vain syrjäytä piilaitteita, vaan siitä tulee myös vaihtoehto piikarbidille korkeajännitteisissä suurtehosovelluksissa. GaN:n käytön monipuolisuus suuritehoisissa puolijohteissa, IC:issä ja LEDeissä tekee siitä lupaavimman mikroelektroniikan uusista materiaaleista. [5] . Galliumnitridi on nyt yksi nykyaikaisen tehoelektroniikan kysytyimmistä ja lupaavimmista materiaaleista, johtavien teollisuusanalyytikoiden ennusteiden mukaan galliumnitridiin perustuvan tehoelektroniikan globaalien markkinoiden keskimääräinen vuotuinen kasvuvauhti on vuosina 2022-2024 85 %. . [6]
Noin viidesosa maailman tehoelektroniikkamarkkinoista on tunnetuilla japanilaisilla yrityksillä, kuten Mitsubishi Electric , Toshiba ja Fuji Electric [7] .
Sähkön muuntamisen päätyypit ovat: