«Эта жесткость позволяет размещать эти схемы в местах, где стандартные детали на основе кремния не могут выжить», — сказал Алан Мантуз, заслуженный профессор. «Разработанные нами схемные блоки внесли свой вклад в превосходную производительность обработки сигналов, контроллеров и схем драйверов. Пока мы очень довольны результатами».
Исследование имеет решающее значение, потому что треть всей энергии, производимой в Соединенных Штатах, проходит через какой-либо силовой электронный преобразователь или моторный привод, прежде чем достигнет конечного пользователя. Схемы, разработанные командой Университета Арканзаса, обеспечат тесную интеграцию управления в жестких условиях окружающей среды, в которых нуждаются эти приложения. Они также улучшат электрический КПД, одновременно уменьшив общий размер и сложность этих систем.
Исследователи работали с карбидом кремния, полупроводниковым материалом, который более прочен, чем обычные материалы, используемые в электронике. Карбид кремния способен выдерживать чрезвычайно высокое напряжение и является хорошим проводником тепла, что означает, что он может работать при высоких температурах, не требуя дополнительного оборудования для отвода тепла.Исследовательская группа, возглавляемая Мантутом и профессором компьютерной инженерии Джиа Ди, достигла более высоких показателей за счет сочетания карбида кремния с широким температурным дизайном. В мире силовой электроники и интегральных схем их работа представляет собой первую реализацию ряда фундаментальных аналоговых, цифровых и смешанных блоков сигналов, таких как контур фазовой автоподстройки частоты, использующий технологию карбида кремния комплементарного типа.
Контур фазовой автоподстройки частоты или ФАПЧ — это система управления, которая генерирует выходной сигнал, фаза которого связана с фазой входного сигнала. Такая функция имеет решающее значение для ряда схемотехнических приложений, таких как синхронизация сигналов, частотный синтез, а также схемы модуляции и демодуляции.Исследование было частью программы Национального научного фонда по развитию инновационного потенциала, которая предназначена для партнерства университетов и отраслевых исследований для создания интеллектуального сотрудничества, чтобы инновации перетекали от идей к надежным результатам исследований, прототипам компаний и продуктам.
Университет Арканзаса и две технологические фирмы Фейетвилля, Ozark Integrated Circuits и Arkansas Power Electronics International, составляют основу этой инновационной экосистемы. Raytheon также является ключевым партнером.Ozark Integrated Circuits занимается коммерциализацией схемотехники. Arkansas Power Electronics International фокусируется на использовании схем в силовых приложениях.
Финансирование исследований было предоставлено Арканзасскому центру проектирования схем, который состоит из двух лабораторий, одна из которых находится под руководством Мантута, а другая — Ди. Центр проектирования схем в Арканзасе поддерживает миссию Национального центра надежной передачи электроэнергии при Университете Арканзаса, который финансируется в рамках усилий федерального правительства по исследованиям и разработкам в области интеллектуальных сетей и возобновляемых источников энергии.
Этот центр является одним из немногих университетских исследовательских центров, изучающих электронные системы, чтобы сделать национальную электросеть более надежной и эффективной. Министерство энергетики США финансирует центр с 2005 года благодаря исследовательскому опыту университета в области передовой силовой электроники и долгосрочным исследованиям карбида кремния. Мантуз — исполнительный директор центра.Arkansas Power Electronics International специализируется на передовой высокопроизводительной электронике для различных клиентов и приложений, в том числе для оборонных, аэрокосмических и гибридных / электрических транспортных средств.
Ozark Integrated Circuits — полупроводниковая компания, которая разрабатывает интегральные схемы для дистанционного зондирования и срабатывания в экстремальных условиях окружающей среды.Мантуз является заведующим кафедрой XXI века по проектированию интегральных схем со смешанными сигналами и автоматизированному проектированию в Инженерном колледже.