Strømfordeling mellom parallelle IGBT-enheter påvirkes av flere viktige faktorer som må forstås for å oppnå pålitelig og effektiv drift. Total strøm som flyter gjennom parallellkoblede IGBT-er er alltid lavere enn summen av nominell strøm multiplisert med antall enheter, på grunn av spredning i de elektriske karakteristikkene til hver enkelt IGBT. Temperatur spiller en avgjørende rolle, da høyere temperaturer bidrar til bedre strømfordeling. For eksempel kan ubalanse i statiske karakteristikker være så høy som 15 % ved 25 °C, men reduseres til 5 % ved 125 °C. En høy temperaturkoeffisient fremmer dermed bedre strømdeling i drift, men dette medfører også økt effekttap ved høye temperaturer.

For å velge passende IGBT-er og dimensjonere kretsen korrekt, benyttes en avlastningsfaktor (derating) som tar hensyn til misdelingsfaktoren mellom enhetene. Denne faktoren varierer med spenning og antall parallellkoblede enheter. Parasitære motstander i emitter- og kollektorforbindelsene, som følge av montering, busbar og terminalforbindelser, har stor innvirkning på strømfordelingen. Spesielt emittermotstanden er kritisk siden den påvirker gate-spenningen ved at spenningsfall i emitterledningen reduserer den faktiske gate-til-emitter-spenningen (VGE). Dette forandrer IGBT-ens utgangskarakteristikk og dermed strømfordelingen. For å minimere denne effekten bør emitterforbindelsene være korte og så like som mulig for å redusere parasittiske motstander.

Dynamiske forhold under på- og avkobling (switching) har også betydning for strømdeling. Her er det ikke IGBT-ens statiske kollektor-emitter-spenning som bestemmer ubalansen, men snarere transkonduktansen (overgang fra gate-spenning til kollektorstrøm). En IGBT med høyere transkonduktans vil trekke mer strøm under overgang, noe som fører til høyere svitsjetap. Dynamisk strømdeling kan virke bedre enn statisk, men den er mer sensitiv for eksterne faktorer som parasittiske induktanser i gate-emitter-kretsen, som skaper forsinkelser og varierende strømformer. Å minimere disse parasittene med korte og jevne ledninger er avgjørende.

En annen viktig faktor er gate-driverens oppbygging. For å eliminere parasittiske oscilleringer er det best å benytte én felles gate-driver med separate gate-motstander for hver IGBT, og ha separate emitter-punkter til gate-kontroll. Temperaturubalansen mellom IGBT-ene påvirker også strømfordelingen sterkt. Alle IGBT-karakteristikker er temperaturavhengige, og en positiv temperaturkoeffisient er ønskelig for sikker parallellkjøring. Bruk av felles kjøleribbe for alle enheter gir termisk tilbakekobling som kan bidra til bedre likestilling av temperatur og strøm. Selv om en enhet har negativ temperaturkoeffisient, kan termisk påvirkning føre til en form for selvkompenserende strømdeling.

Moderne løsninger benytter aktiv gate-kontroll med høy båndbredde for både statisk og dynamisk strømdeling. Ved hjelp av sanntids strømtilbakemelding kan gate-spenning og strøm justeres individuelt for hver IGBT, samt tidsforsinkelser i på- og avkobling tilpasses dynamisk.

Selv om parallellkobling av lavere effektkomponenter kan virke attraktivt ved begrensede volumer, krever dette ofte ny design av effekttrinn og pakking. Parallellkobling av komplette effektmoduler er en enklere og rimeligere strategi, hvor hovedinnsatsen ligger i tilpasning av styringsprogramvare. To hovedmetoder finnes: galvanisk isolert parallellkobling via transformator, som er dyrt, plasskrevende og mindre effektivt, og direkte parallellkobling på DC-siden med interfasereaktorer på AC-siden, som er mer kompakt og effektiv, men stiller høye krav til kontrollsystemet for å sikre balansert strømdeling.

Det er vesentlig å forstå hvordan små variasjoner i interne egenskaper og eksterne tilkoblinger kan forplante seg og forårsake betydelige ubalanser. Selv små forskjeller i emittermotstand, induktans, temperatur eller gate-driveroppsett kan føre til at enkelte enheter overbelastes, noe som øker risikoen for svikt og reduserer levetiden til hele kretsen.

Hvordan utvikler markedet og teknologien seg for mellom- og høy-effekts strømkontrollere?

Effektelektronikk har gjennom de siste fem tiårene utviklet seg fra å være en nisje til å bli en av de mest sentrale komponentene i moderne industri og forbrukerteknologi. Med en global markedsverdi estimert til 20,9 milliarder amerikanske dollar i 2022, og en prognostisert vekst til 44,6 milliarder innen 2032, utgjør dette feltet en nøkkelindustri i det teknologiske landskapet. Utviklingen er drevet av behovet for mer effektiv, pålitelig og modulær strømkonvertering, der teknologiens plassering på den metningspregede delen av ytelseskurven peker mot optimalisering fremfor gjennombrudd.

Effektelektronikkens rolle som støttefunksjon snarere enn sluttprodukt har styrt utviklingen etter industribehov snarere enn teknologiske visjoner. OEM-produsenter beveger seg bort fra spesialdesignede løsninger og fokuserer på standardiserte eller modulære produkter som oppfyller regulatoriske krav og markedsforventninger. Dette endrer dynamikken fra teknologisk lederskap til et globalt kappløp om produksjonsvolum, kostnadseffektivitet og geografisk tilstedeværelse. Fokus flyttes fra å vinne i ytelse til å dominere gjennom skala.

Kunnskapsutviklingen i akademia følger denne utviklingen med mer vekt på informasjonsorganisering, digitale plattformer og simuleringsbasert opplæring. Samtidig skaper økt tilgang til ingeniørutdanning i tidligere marginaliserte regioner et nytt globalt teknologisk landskap, der spredning av kunnskap og tilpasning til lokale behov blir avgjørende.

Et viktig moment i denne tredje utgaven av boken er den økende globale orienteringen mot bærekraft og grønn teknologi. Effektive strømomformere er nå et regulatorisk krav, og nye teknologier som bredbåndsgap-komponenter – spesielt silisiumkarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN) – får økt relevans. Disse tilbyr høyere driftstemperaturer, bedre effektivitet og mindre formfaktor, og passer perfekt inn i den nye paradigmen hvor både energitetthet og systemintegrasjon er avgjørende.

Samtidig kommer nye generasjoner av kraft-IC-er og digitale strømforsyninger som støtter svært spesifikke krav, som for eksempel 100 A ved 1 V for moderne prosessorer, eller dynamiske spenningskontrollere med kommunikasjon og flerfunksjonell drift. I dette krysset mellom strømforsyning og datateknologi oppstår det nye tverrfaglige reguleringer, og dermed også et behov for ny faglig kompetanse.

Mellom- og høy-effekts strømomformere spiller en avgjørende rolle i kritiske anvendelser. Eksemplene spenner fra HVDC-linjer og skipsfremdrift til motorstyring i multimegawatt-klassen, heissystemer, elektriske og hybride kjøretøy, samt UPS-løsninger for sykehus og datasentre. Listen inkluderer også industrielle sveisesystemer, roboter, forbrukerelektronikk, distribusjon for datamaskiner og mye mer. Dette mangfoldet gjør feltet både teknisk krevende og kommersielt attraktivt.

Historisk sett var førsteutgaven av denne boken preget av jakten på teknologisk ytelse, uttrykt gjennom tallfestede mål og kvantitative sammenligninger. Innen andreutgaven hadde fokuset flyttet seg mot global synlighet, der årsrapporter i økende grad ble preget av strategiske mål og geografisk ekspansjon, og i mindre grad av tall og spesifikasjoner. Tredjeutgaven svarer på en ny virkelighet, der regulatorisk press, klimapolitikk og digitalisering krever både teknologisk fornyelse og industriell tilpasning.

Et gjennomgående trekk ved dette fagfeltet er at det gamle og det nye eksisterer side om side. Det finnes fortsatt kommersielt tilgjengelige omformere og halvledere designet på 1990-tallet. Samtidig introduseres det stadig nye løsninger og komponenter. Denne teknologiske spredningen i tid skaper en kompleks markedssituasjon, som bare kan forstås gjennom historiske perspektiver og inngående produktkunnskap.

For å forstå effektelektronikkens fremtid må man ikke bare følge teknologisk innovasjon, men også forholde seg til systemnivå-tenkning: termisk styring, materialvalg i passive komponenter, kostnadsstruktur, og regulatoriske rammeverk. Dette betyr at ingeniøren ikke lenger bare designer for ytelse, men for levetid, pålitelighet, kompatibilitet og bærekraft.

Endelig er det verdt å merke seg at de mest avanserte aktivitetene i dag involverer samspill mellom nye halvledere, digitale kontrollsystemer, integrert design og regulatorisk tilpasning. Det handler ikke lenger bare om strøm – det handler om systemer, standarder, og strategisk forståelse av teknologiens plass i et større samfunnsmessig bilde.

Hvordan teknologi innen elektriske motorer og energistyring møter fremtidens krav i industrien og maritim sektor

Utviklingen av elektrisk utstyr for fremdrift, tjenester, hjelpekraft og navigasjon på marine fartøy – enten det dreier seg om militære, kommersielle eller underholdningsrelaterte fartøy – er i stadig vekst. Behovet for stadig mer kraft, kombinert med trenden mot små fornybare energikilder, forbedret energilagring ombord, kraftstyring og aktuatorsystemer, er en direkte respons på den økende energietterspørselen. Denne utviklingen er ikke bare en teknologisk nødvendighet, men også et svar på bærekraftmålene som driver endringene i energibruken, både på land og til sjøs.

I industrien har motorstyringer hatt en solid utvikling i løpet av de siste 40 årene. På tross av at antallet produksjonsanlegg har gått ned og utviklingen av nye anlegg har blitt redusert, viser markedet for motorstyringer en jevn vekst. Verdensomspennende var verdien av motorstyringsmarkedet på 5,7 milliarder USD i 2022, og man forventer at dette vil stige til 10,84 milliarder USD innen 2031. Denne veksten har vært drevet av kontinuerlig forskning og utvikling som har muliggjort en fullstendig automatisering av produksjonslinjer. Men, som det skjer i alle modne markeder, har denne teknologiske utviklingen også ført til overskuddsproduksjon, noe som har ført til et lavere veksttempo i inntektene, fra 16,6% i 1970 til 5,5% i 2000. Denne prisnedgangen ble imidlertid motvirket gjennom introduksjonen av nye halvlederkomponenter og forbedrede kontrollalgoritmer, som har redusert kostnadene og økt effektiviteten.

Videre har markedet for motorstyringer blitt mer mangfoldig. Det har gått fra å være nesten utelukkende industrielt til å inkludere produkter som elektriske husholdningsapparater. Et godt eksempel på dette er motorstyringer og kraft elektronikk brukt i husholdningsapparater, hvor teknologier som før kun var brukt i industriell produksjon, nå blir standard i forbrukerprodukter. Denne trenden viser hvordan teknologi utvikles for å møte et bredere spekter av behov, og understreker betydningen av elektronisk kontroll i moderne energisystemer.

En annen betydelig sektor for elektroniske strømomformere er UPS- og strømforsyningssystemer. Det globale UPS-markedet var verdt 8 milliarder USD i 2022 og forventes å vokse til 16 milliarder USD innen 2030. Dette er en direkte konsekvens av den økende etterspørselen etter datalagring og behandlingskapasiteter som er drevet av cloud computing, digitalisering og big data-analyse. I tillegg har en økende interesse for integrering av alternative energikilder som dieselgeneratorer, brenselceller eller vindturbiner med strømforsyningsnett, ført til behovet for avansert elektronikk for strømstyring og beskyttelse.

Når vi ser på fremtidens applikasjoner, har det dukket opp nye markedssegmenter for middels høyspente motorstyringer, for eksempel for spenninger på 3.300 V og 2.000 A. Høyspente IGBT-er (Insulated-Gate Bipolar Transistor) og nye enheter som IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) har blitt introdusert for å kunne håndtere disse spenningene. Nåværende løsninger tillater at motorer med tusenvis av hestekrefter kan styres mer presist, noe som har vært muliggjort ved hjelp av innovasjon i materialer og halvlederteknologi.

Dette er en utvikling som har ført til mye større motorer, som de som produseres av selskaper som Siemens, der deres Sinamics-serie tilbyr motoromformere og invertere for spenninger fra 2,3 kV til 13,8 kV og kraftkapasitet fra 150 kW til 85 MW. Slike fremskritt i teknologien gjør det mulig å håndtere enda høyere spenninger, opp til 25 kV, og muligens gjøre det mulig å realisere høyfrekvent omkobling i medium- og høyspente applikasjoner med nye halvledermaterialer som SiC eller GaNi.

I et slikt mangfold av applikasjoner og energikrav blir det tydelig at energistyring ikke bare er en teknologisk utfordring, men også et spørsmål om effektivitet, pålitelighet og bærekraft. Dette stiller krav til mer enn bare avansert halvlederteknologi; det krever en dyptgående forståelse av hvordan forskjellige elektriske systemer samhandler og hvordan de kan optimaliseres i et dynamisk og ofte uforutsigbart miljø.

Det er også viktig å merke seg at utviklingen av elektrisk utstyr for både industrielle og maritime applikasjoner er drevet av et behov for mer fleksible og energieffektive løsninger. Dette betyr at hver ny teknologi som blir introdusert ikke bare forbedrer effektiviteten eller reduserer kostnader, men også tilpasser seg fremtidens energikrav og miljømål. Dette har ført til et mer integrert system av energistyring som ikke bare er fokusert på motorstyringer eller strømforsyning, men også på hvordan disse komponentene kan samhandle for å støtte hele infrastrukturer, fra industrielle produksjonslinjer til komplekse maritime operasjoner.

Hvordan Aepinus Brukte Matematikk for å Løse Tvilene om Leyden-glassene
Hvordan Autogenesen Kan Forklare Livets Natur og Opprinnelse
Hvordan kan man minimere komponenter i trefase kraftomformere og samtidig opprettholde funksjonalitet?