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    工业和汽车用功率半导体:哪些应用是新风向标?

    作者:迎九时间:2019-04-28来源:电子产品世界收藏

      近日,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。

    本文引用地址:http://www.bftj.tw/article/201904/400029.htm

      1 工业机遇:可再生能源发电、电机驱动、

      工业市场正处于基础设施革命之中,旧的机械系统正被电子系统取代。这些电子系统显著提高能效,减少世界碳排放。各国政府了解这些电子系?#36710;?#37325;大影响,并实施政策和法规以加速转变。

      从功率如何产生开始,传统方法如燃煤电厂在迅速转向?#21830;?#38451;能和风能的替代能源。这种转变比预期的快很多,使各国政府要制定进取的目标。例如,中国国家发改委提出了在2030年前将可再生能源发电比例从20%提升到35%的发展目标。这场能源革命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美元的含量主要是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电压供给电网。

      转向替代能源有个主要的缺点:峰?#30340;?#37327;产生并不同时与峰?#30340;?#37327;消耗发生。这为功率半导体在能量存储系统(ESS)中的应用创造了额外的商机,以解决这一缺陷。一个典型ESS的功率半导体含量约为836美元。

      功率半导体不仅用于减少发电中的碳排放,且用于有效地利用所产生的功率。最有力的例子是消耗全世界约45%能源的工业电机。采用IGBT模块控制电机速度的新变速驱动(VSD)可降低60%的能耗。这些VSD的功率?#29123;?#33539;围很广,平均功率半导体含量约为40美元。但普通电机没有功率半导体。这种转变正在迅速发生,因为可为政府和制造商带来经济效益和环保成效。如果全球到2030年完全转用VSD电机,那将总节省超过1.7万亿美元,或相等于世界上安装的核电站的所有能源输出。

      虽然有些应用正在减少世界的能源需求,但也有些新的应用将大幅增加能源需求,例如电动汽车(EV)充电桩。电动汽车的迅速普及在推动功率半导体含量高达500美元的的部署需求。没有功率半导体的加油站将需要转换为消耗大量能源,因而需要功率半导体的电动汽车充电桩,因而需要基础设施的大幅变革。

      1.1 的相关产品

      提供宽广的尖端功率半导体阵容,可充分发挥在快速增长工业市场的优势,包括领先行业的功率沟槽MOSFET技术,采用最新的分立封装,提供更高能效用于次级整流等应用。在高电压领域,有具备领先的650V和1200 V IGBT技术。IGBT是上述大多数应用的核心。

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      安森美半导体集结这些领先行业的技术在电源模块中,提供更高的集成度和可靠性。公司的智能功率模块(IPM)阵容处于有利地位,广泛用于电机驱动,使用领先的分立IGBT技术。在转向更高的功率?#29123;?#26041;面,公司提供功率集成模块(PIM),把IGBT、FET、二极管和碳化硅(SiC)器件集成在一个模块中。公司的PIM在太阳能逆变器市场?#21152;?#24456;大的份额,并扩展到上述其他市场。

      今天,仅仅在传?#36710;?#30789;分立和模块技术领先是不够的,领先的功率半导体制造商还需具备宽禁带(WBG)技术。安森美半导体有强大的650 V和1200 V节点SiC二极管,最近还推出了1200 V SiCMOSFET系列,提供更高能效、更小的方案,并降低系统成本。

      安森美半导体是全球第二大功率半导体制造商,拥有尖端的硅、WBG和封装技术,将能在工业市场抓住这巨大的增长机遇。

      2 48 V汽车功能电子化

      汽车应用?#20013;?#31283;定增长,随着一些电动汽车和混动汽车的推出,48 V汽车功能电子化市场需求大增。

      随着大量新的轻度混合动力电动汽车(MHEV)的推出,48V汽车功能电子化市场已爆发。这些车辆一直在增长,因为车厂力求符合新的严格的碳排放和?#21152;?#32463;济性要求。48 V车辆?#23548;?#26159;双电压车辆,除了普通的12 V电池外,还添加了一个48V电池来运行新的更高功率的子系?#22330;?#36825;些子系统主要由一个集成的启动器/发电机(ISG)组成,用于启动、充电和加速。由于能关断主汽油发动机并使用ISG重新启动车辆,从而省油和提升能效。此外,ISG可获取制动时损失的能量,以重新为电池充电。它还增加了一个“助推”功能,帮助汽?#23548;?#36895;,因此支?#31181;?#36896;商缩小汽油发动机。与“全混合动力”相比,这些“混合”功能的组合可大大增加车辆的每加仑英里数(MPG)和降低碳排放,但只增加?#23454;?#30340;成本。

      这些48 V系统给车辆增加显著的电力电子成分。首先,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器件或全集成的功率模块构成。

      功率桥器件需要支持电路,如门极驱动IC、电流检测放大器和其他缓冲或瞬态?#31181;?#22120;件。48 V车辆还需要一个电源转 换 器 , 以 从 4 8V ISG输出为12 V电池充电。该转换器需要额外的功率器件及必要的电子支持电?#38450;?#25191;行这一功能。其他48 V子系统也在不断推出,如电动?#26032;?#22686;压 器 或 电 动 增 压器,其设计中具有显著的电力电子含量。

      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技术封装在许多尖端的行业封装中的领袖之一,也在开发应用于汽车的80 V和100 VMOSFET模块?#29615;?#29467;进。这些模块由沟槽功率MOSFET组成,能够驱动25 kW的ISG应用,是电隔离的、高效散热的和紧凑的,且含内部温?#29123;?#27979;、电压过冲缓冲器件,并具有支持3相和6相驱动的配置。

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      宽禁带在碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器件取得进展,在半导体领域是非常新的,已广泛用于商业和工业应用。现已在汽车细分市场越来越受欢迎,因为它们能提高许多高功率汽车系?#36710;?#33021;效、并以高得多的速度工作。其更高的开关速度胜于典型的“硅”器件。在现代汽车成本中,尤其注重重量和体积,促成车辆的电子和电力电子系?#36710;?#28608;增。

      (迎九)

      本文来源于科?#35745;?#21002;《电子产品世界》2019年第5期第86页,欢迎您写论文时引用,并注明出处



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