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工业和轿车用功率半导体:哪些应用是新风向标?

近日,安森美半导体工业和汽车部向《电子产品世界》介绍了两大产业的应用热点,及该公司的解决方案。1 工业机遇:可再生能源发电、电机驱动、EV充电桩工业市场正处于基础设施革命之中,旧的机械系统

  近来,安森美半导体工业和轿车部向《电子产品国际》介绍了两大工业的运用热门,及该公司的处理计划。

  1 工业机会:可再生动力发电、电机驱动、EV充电桩

  工业商场正处于基础设施革新之中,旧的机械体系正被电子体系代替。这些电子体系明显进步能效,削减国际碳排放。各国政府了解这些电子体系的严重影响,并施行方针和法规以加快改变。

  从功率怎么产生开端,传统办法如燃煤电厂在敏捷转向由太阳能和风能的代替动力。这种改变比预期的快许多,使各国政府要拟定进步的方针。例如,我国国家发改委提出了在2030年前将可再生动力发电比例从20%进步到35%的开展方针。这场动力革新给功率半导体带来很大的商机,一个太阳能逆变器中的功率半导体含量可从燃煤发电厂的0美元升到650美元。这650美元的含量首要是IGBT功率模块,用于将太阳能面板的DC电压升压到较高电压,然后用另一IGBT模块转换为AC电压供应电网。

  转向代替动力有个首要的缺点:峰值能量产生并不一起与峰值能量耗费产生。这为功率半导体在能量存储体系(ESS)中的运用发明了额定的商机,以处理这一缺点。一个典型ESS的功率半导体含量约为836美元。

  功率半导体不只用于削减发电中的碳排放,且用于有效地运用所产生的功率。最有力的比如是耗费全国际约45%动力的工业电机。选用IGBT模块操控电机速度的新变速驱动(VSD)可下降60%的能耗。这些VSD的功率等级规模很广,平均功率半导体含量约为40美元。但一般电机没有功率半导体。这种改变正在敏捷产生,由于可为政府和制造商带来经济效益和环保成效。假如全球到2030年彻底转用VSD电机,那将总节约超越1.7万亿美元,或相等于国际上装置的核电站的一切动力输出。

  尽管有些运用正在削减国际的动力需求,但也有些新的运用将大幅添加动力需求,例如电动轿车(EV)充电桩。电动轿车的敏捷遍及在推进功率半导体含量高达500美元的EV充电桩的布置需求。没有功率半导体的加油站将需求转换为耗费很多动力,因而需求功率半导体的电动轿车充电桩,因而需求基础设施的大幅革新。

  1.1 安森美半导体的相关产品

  安森美半导体供给广大的顶级功率半导体阵型,可充分发挥在快速添加工业商场的优势,包含抢先职业的功率沟槽MOSFET技能,选用最新的分立封装,供给更高能效用于次级整流等运用。在高电压范畴,有具有抢先的650V和1200 V IGBT技能。IGBT是上述大多数运用的中心。

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  安森美半导体集结这些抢先职业的技能在电源模块中,供给更高的集成度和可靠性。公司的智能功率模块(IPM)阵型处于有利位置,广泛用于电机驱动,运用抢先的分立IGBT技能。在转向更高的功率等级方面,公司供给功率集成模块(PIM),把IGBT、FET、二极管和碳化硅(SiC)器材集成在一个模块中。公司的PIM在太阳能逆变器商场占有很大的比例,并扩展到上述其他商场。

  今日,仅仅在传统的硅分立和模块技能抢先是不行的,抢先的功率半导体制造商还需具有宽禁带(WBG)技能。安森美半导体有强壮的650 V和1200 V节点SiC二极管,最近还推出了1200 V SiCMOSFET系列,供给更高能效、更小的计划,并下降体系本钱。

  安森美半导体是全球第二大功率半导体制造商,具有顶级的硅、WBG和封装技能,将能在工业商场捉住这巨大的添加机会。

  2 48 V轿车功用电子化

  轿车运用继续稳定添加,跟着一些电动轿车和混动轿车的推出,48 V轿车功用电子化商场需求大增。

  跟着很多新的轻度混合动力电动轿车(MHEV)的推出,48V轿车功用电子化商场已迸发。这些车辆一直在添加,由于车厂力求契合新的严厉的碳排放和燃油经济性要求。48 V车辆实践是双电压车辆,除了一般的12 V电池外,还添加了一个48V电池来运转新的更高功率的子体系。这些子体系首要由一个集成的发动器/发电机(ISG)组成,用于发动、充电和加快。由于能关断主汽油发动机并运用ISG从头发动车辆,然后省油和进步能效。此外,ISG可获取制动时丢失的能量,以从头为电池充电。它还添加了一个“助推”功用,协助轿车加快,因而支撑制造商缩小汽油发动机。与“全混合动力”比较,这些“混合”功用的组合可大大添加车辆的每加仑英里数(MPG)和下降碳排放,但只添加恰当的本钱。

  这些48 V体系给车辆添加明显的电力电子成分。首要,ISG含一个多相功率半导体桥(三相或六相)。它由80 V或100 V MOSFET器材或全集成的功率模块构成。

  功率桥器材需求支撑电路,如门极驱动IC、电流检测放大器和其他缓冲或瞬态按捺器材。48 V车辆还需求一个电源转 换 器 , 以 从 4 8V ISG输出为12 V电池充电。该转换器需求额定的功率器材及必要的电子支撑电路来履行这一功用。其他48 V子体系也在不断推出,如电动涡轮增压 器 或 电 动 增 压器,其规划中具有明显的电力电子含量。

  2.1 安森美半导体的相关优势

  安森美半导体一直是把功率沟槽MOSFET技能封装在许多顶级的职业封装中的首领之一,也在开发运用于轿车的80 V和100 VMOSFET模块日新月异。这些模块由沟槽功率MOSFET组成,可以驱动25 kW的ISG运用,是电阻隔的、高效散热的和紧凑的,且含内部温度检测、电压过冲缓冲器材,并具有支撑3相和6相驱动的装备。

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  宽禁带在碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器材获得发展,在半导体范畴对错常新的,已广泛用于商业和工业运用。现已在轿车细分商场越来越受欢迎,由于它们能进步许多高功率轿车体系的能效、并以高得多的速度作业。其更高的开关速度胜于典型的“硅”器材。在现代轿车本钱中,特别重视分量和体积,促进车辆的电子和电力电子体系的激增。

  (迎九)

  本文来源于科技期刊《电子产品国际》2019年第5期第86页,欢迎您写论文时引证,并注明出处

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