ЕВ Специјални извештај: Аутомобилска иновација подстиче усвајање широкопропусног полупроводника

The Groucho Marx Show: American Television Quiz Show - Book / Chair / Clock Episodes (Јун 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Подизање широког пропусног опсега и напредовање у технологији преноса повећавају опсег вожње - и побољшавају перформансе - смањују величину и тежину електроенергетског система

Аутор: Макимилиан Теодоресцу, АспенЦоре Цонтент Манагер
Интеграција потрошачке електронике са аутомобилима направила је аутомобилске полупроводнике један од најбрже растућих сегмената чипова између 2002. и 2012. године. Тржиште је у просјеку износило 8 посто годишњег раста, на 24 милијарде долара, прије него што се стопа смањила као број МЦУ-а по аутомобилском платоу око 100, МцКинсеи и Цо . пријавили. Сада, реагујући на све већу еколошку забринутост, главни произвођачи аутомобила спремају се да укину моделе засноване на фосилним горивима и претварају се у електричне постројења у наредних неколико деценија - неки чим се 2019. године . Аутомобилски чипмајари раде за новим таласом раста од електрификације погонског система и додатним додатним интелигенцијама возила.

"Возило је следећа велика прилика" за полупроводнике засноване на силицијуму, као и широкопојасне алтернативе као што су галијум-нитрид и силицијум-карбид, рекао је Јефф Цасади, пословни развој и менаџер програма у компанији Волфспеед, добављач ГаН и СиЦ снаге и РФ уређаји. "Електрична возила се, уопште, сада појављују, тако да је све силицијум, али је све мало запремина. Како запремина рампе расте, то је прилично велико тржиште.

"У Европи, нарочито виђате произвођаче оригиналне опреме заиста посвећене ЕВ-у, гдје је пре четири до пет година то била нека врста новина", додао је Цасади, алудирајући на обавезе земаља попут Норвешке и Холандије како би избјегли фосил фуге Возила сам у потпуности до 2025.

Могућности за нетрадиционалне чипмајере
Према извештају МцКинсеиа из 2016. године, потпуно електрична возила представљала су мање од 1% продаје нових возила у 2016. години, али та количина би се могла повећати на до 5% до 10% до 2020. године. Пораст у распоређивању ЕВ могла би подстаћи највећи раст у аутомобилским чиповима у наредних десет година, стварајући могућности за раст за полупроводничке компаније које нису традиционално произвођачи аутомобила.

У 2013. години, погонима је било 30 одсто укупног садржаја полупроводника у аутомобилу, а ЕВ су садржавали више од 1000 долара електронике погонских агрегата, у поређењу са 100 долара у просеку са погонима унутрашњег сагоревања. Посматрачи на тржишту очекују даљи раст полупроводника погона и повећање укупног садржаја чипова у аутомобилу, јер ЕВ постају све сложенији, усвајајући стројну визију, ГПУ-ове, ДРАМ и НАНД блиц у припреми за долазак аутомобилског потрошачког возила.

Проширена употреба хибрида и ЕВ-ова ствара прилику неспровођљивим добављачима полупроводника да добију тржишни удео у иначе конзервативном сегменту. Аутомакери ретко мењају добављаче за електронику која контролише њихову снагу и погоне, али се основни дизајн електронског погона и даље развија сваке генерације, пошто произвођачи траже начине да померају границе енергетске ефикасности изван силиконских полупроводника.

"Пре око пет година, неки произвођачи чипова тврде да су традиционални силицијумски МОСФЕТИ на снази погодили зид, што је довело до потребе за новом транзисторском технологијом", пише Марк Лапедус, извршни уредник за производњу на СемицондуцторЕнгинееринг.цом. Како се скокови Моореовог закона приближавају крају, произвођачи електронских компоненти гледају изван силицијумског МОСФЕТ-а до изолационих биполарних транзистора (ИГБТ) и широкопојасних полупроводника, попут високонапонских галијум нитрида (ГаН) и силицијум карбида (СиЦ) МОСФЕТ-а .

Зашто полупроводници са широким опсегом?
Сложени полупроводници попут ГаН и СиЦ се појављују као практична рјешења за руковање снагом у електричном погону. Материјали широког опсега поседују релативно већу бандгап од традиционалних полупроводника, што значи да је енергија која је потребна да би електрон скочио са врха валентног опсега до доњег опсега већи од 1 или 2 електрон-волта. Силицијум, на примјер, има размак од 1, 1 еВ, док ГаН и СиЦ имају празнине веће од 2 еВ . Као резултат, ГаН и СиЦ струјни чипови су издржљиви, раде на већим напонима, фреквенцијама и температурама; пребацити много брже од конвенционалних полупроводничких уређаја; и елиминишу до 90% губитака снаге.

У тржишним пројекцијама за дискретне уређаје за напајање до 2024. године, Лук Ресеарцх прогнозира да ће силицијум задржати лавовски удио на тржишту, са 87 посто, али ГаН и СиЦ расте брже у процентуалном периоду. Истраживање Лук пројектује укупно тржиште од 23 милијарде долара за дискретне снаге у 2024. години, док је транспортни сегмент порастао на скоро 1, 2 милијарде долара, што је у великој мјери условљено потражњом за ГаН и СиЦ уређајем. "Коришћење транспорта ће представљати 65% укупног тржишта за СиЦ и 41% укупног тржишта за ГаН", према студији.

Широкопојасни полупроводници примарно се надмећу за примјене у опсегу од 600 до 1, 200 В, док традиционални МОСФЕТи остају доминантни за дизајн од 10 до 500 В. На примјер, уређаји 600-В ГаН Транспхорм Инц. се такмиче са ИГБТс, суперјункционалних МОСФЕТ-ова, па чак и СиЦ уређаја, јер СиЦ проширује опсег до 650 В, рекао је Пхилип Зук, виши директор техничког маркетинга за ГаН у Трансфоруму.

До недавно, "1.200 до 1.700 (В) се сматрало средњим напоном (за СиЦ), али сада почињемо да видимо добављаче као што је Волфспеед смањио на 900 В, а Рохм је већ био на 650 В. Дакле, за ГаН, оно што заправо видимо је више конкуренција с СиЦ данас него са другим добављачима ГаН-а ", рекао је Зук. СиЦ има бољу топлотну проводљивост него ГаН на око 900 В; ГаН има предности предности при ниском напону и високој снази, као и трошковну предност на свим напонима.

Неколико уређаја за избор
Инжењери дизајна морају узети у обзир вишеструке факторе приликом оцјењивања струјних чипова, укључујући напон, струју, брзину пребацивања, оптерећење, температуру и трошкове раног усвајања. Узима се у обзир да су полупроводници са широким опсегом скупљи од силикона, а приходи који се производе на тржишту аутомобила показују спор рампе, али дуг животни циклус. "Рани усвојиоци неће видети приход до пет година, али аутомобилско тржиште ће бити велико тржиште јер сви раде на електричним аутомобилима", рекао је Зук. "У међувремену, СиЦ тек почиње да продире на тржиште аутомобила."

Додао је: "Ако погледате аутомобил, ГаН технологија може радити на пуњачу, АЦ / ДЦ пуњачу, АЦ / ДЦ помоћном претварачу, ДЦ / ДЦ помоћном струјном модулу и АЦ пуњачу. За ГаН данас, овде смо фокусирани. Трацтион није апликација за ГаН данас, али ми радимо на технологији која се може примијенити на инверторе у будућности. "

Имаге цоуртеси оф Транспхорм
Постоје и други компромиси између конкурентских полупроводничких технологија. У поређењу са стандардним МОСФЕТ-овима, који се најчешће користе при ниским напонима, суперјункцијски МОСФЕТ-ови функционишу од 500 В до 900 В. ИГБТ-ови, с друге стране, користе се у апликацијама од 400 В до 10 кВ и могу блокирати високе напоне. Недостатак је у томе што су силиконски уређаји ограничени брзином њиховог пребацивања и смањењем губитака проводљивости на стању, што захтијева скупе методе управљања топлотом и ограничавање ефикасности система претварања енергије. У неким апликацијама са тврдим укључивањем, ИГБТ-ови засновани на силиконима функционишу близу ГаН и СиЦ уређаја, али имају нижи трошкови производње.

Према бијелом раду Стевеа Тарановича, вишег техничког уредника ЕДН-а за аналогну и електричну енергију, МОСФЕТ-ови СиЦ-а поседују размак од 3, 3 еВ, што резултира веома ниским губицима преласка, што повећава ефикасност и омогућује вишеструку операцију. Поред тога, позитивни температурни коефицијент СиЦ МОСФЕТ-а омогућава лако паралелирање ради добијања веће радне струје. СиЦ показује десет пута више поља и три пута већу топлотну проводљивост силицијумских МОСФЕТ-а, и бољу топлотну проводљивост од ГаН-а на 900 В, док ГаН има предности предности при ниском напону и високој моћи, заједно са предности трошкова за све напоне.

"Оно што ГаН нуди је висока ефикасност јер се пребацује много брже од силикона", рекао је Трансфорум'с Зук. "Када брже пребацујете, можете радити на вишој фреквенцији, а то смањује све ваше магнетике, повећавајући густину снаге. Ово резултира мањом применом и мањи производ. "Транспхорм ТПХ3205ВСБКА, ГаН ФЕТ од 650 В В 49 мΩ, је прво решење у индустрији за производњу АЕЦ-К101 квалификације неопходне за снабдевање аутомобилске индустрије, каже Зук.

Имаге цоуртеси оф Транспхорм

На крају, продор на тржиште широког пропусног опсега остаје контингент ЕВ-а и хибридних стопа усвајања тржишта аутомобила. Међутим, као што су прогнозе Блоомберг Нев Енерги Финанце-а, нове продајне стопе ЕВ-а могле би до 2040. доћи до чак 54% укупне продаје нових аутомобила, док ће 33% свих произвођача аутомобила бити електрични. Широкопојасна полу омогућавају дизајнерима аутомобила да повећају ефикасност погона и смањују тежину, чиме се ублажавају проблеми са анксиозношћу у домету.

"Побољшање ефикасности од 5% до 10% може се посматрати као узимање 5% до 10% цене акумулатора или проширење опсега за 5% до 10%", рекао је Волфспеед'с Цасади.

Прочитајте комплетан ЕВ посебни извештај овде .