- GaN, kas parādās kā RF jaudas pusvadītāju materiāla izvēle
- Iespējamie izaicinājumi, kas ierobežo RF jaudas pusvadītāju darbības ilgumu EV un HEV
- Iepakojuma problēmas piesaista uzmanību
- Labāka WBG nākotne - vai tādas ir?
- Kas ir nozares Behemots
- RF enerģijas pusvadītāju pieprasījums Āzijas un Klusā okeāna reģionā pieaugt
Lai gan arvien pieaugošais 5G ieviešanas un pieaugošo elektronisko ierīču pārdošanas skaits galvenokārt radīs labvēlīgu vidi RF jaudas pusvadītāju pieprasījuma pieaugumam, arī automobiļu rūpniecība joprojām ir viena no galvenajām RF barošanas moduļu patērētāju jomām.
Pašlaik automobiļu rūpniecībā notiek dinamiska elektriskā un digitālā revolūcija. Pieaugošais transportlīdzekļu skaits ir pakļauts elektrifikācijai, autonomijai un gatavībai savienošanai. Tas viss ir saistīts ar pieaugošo energoefektivitātes nozīmi un paātrinās automobiļu rūpniecības pārveidošanu ar daudzveidīgu pieeju. Tomēr svarīgs aspekts, kas joprojām būs izšķirošs šīs transformācijas panākšanai, ir RF jaudas pusvadītājs, jo tam ir bijusi galvenā loma EV un hibrīdu EV (HEV) iespējošanā.
Piedaloties nozares “nulles emisijas” maiņā, pasaules vadošie autoražotāji ir pielikuši ievērojamus pūliņus, lai izveidotu savus transportlīdzekļu elektrifikācijas projektus. Pētījumos balstītas prognozes norāda, ka lielākā daļa oriģinālo iekārtu ražotāju nepārprotami vēro EV un HEV mērķus , kas jāsasniedz 2025. gadā. Šis scenārijs nepārprotami liek domāt par ļoti efektīvām RF jaudas pusvadītāju lielām iespējām, kas efektīvi darbotos paaugstinātā temperatūrā. Tādējādi RF strāvas moduļu ražotāji pastāvīgi koncentrē savas stratēģijas uz tādu produktu izstrādi, kuru pamatā ir SiC (silīcija karbīds), GaN (gallija nitrīds) un WBG (plaša joslas sprauga) tehnoloģijas.
GaN, kas parādās kā RF jaudas pusvadītāju materiāla izvēle
Neskatoties uz vairākiem pētniecības un attīstības centieniem, kas dominē WBG pusvadītāju sfērā, SiC variants nesenā pagātnē ir palicis tradicionālā izvēle EV un HEV. Tomēr, no otras puses, SiC tirgū jau ir pienācis brieduma posms, un to izaicina citas konkurentu tehnoloģijas, kas to arvien vairāk apgūst - it īpaši jaudas elektronikas un citu prasīgu lietojumu gadījumā elektriskajos un hibrīdajos elektriskajos transportlīdzekļos.
Kamēr EV un HEV parasti izmanto SiC balstītus RF jaudas pusvadītājus līdzstrāvas / līdzstrāvas pārveidotāju regulēšanai spēka agregātā, pārejas laiks mēdz ierobežot to pārslēgšanās frekvences no 10 kHz līdz 100 kHz. Pašlaik gandrīz katrs autoražotājs visā pasaulē pieliek inovatīvus risinājumus RF jaudas pusvadītāju GaN dizaina jomā.
GaN pusvadītāja ieviešana solīja potenciāli pārvarēt šo ilgstošo izaicinājumu, ļaujot pārslēgšanās laiku nanosekunžu diapazonā un darbību temperatūrā līdz 200 ° C. Ātrāka GaN pusvadītāju funkcionalitāte rada augstu komutācijas frekvenci un līdz ar to zemu komutācijas zudumu. Turklāt mazāka jaudas elektroniskais tilpums izpaužas kā samazināts kopējais svars, kas vēlāk nodrošina vieglu un efektīvāku ekonomiju.
Vairāki pētījumi aizstāv de facto GaN balstīta pusvadītāja potenciālu lielas jaudas pārveidošanai lielā ātrumā. Pāreja uz jaunu jaudas elektronikas laikmetu, kas vislabāk papildinātu EV un HEV mērķi, galvenos GaN pusvadītāju materiālu atribūtus, piemēram, izcilu pārslēgšanās ātrumu, augstu darba temperatūru, mazāku komutācijas un vadītspējas zudumu, kompakta izmēra iepakojumu un iespējamās izmaksas konkurētspēju, turpinās izvietot GaN balstītus RF pusvadītājus pār visiem citiem kolēģiem.
Iespējamie izaicinājumi, kas ierobežo RF jaudas pusvadītāju darbības ilgumu EV un HEV
Neskatoties uz visiem jauninājumiem un pozitīvajiem rezultātiem, kas ienāk tirgū, joprojām pastāv dažas problēmas kā šķēršļi RF enerģijas pusvadītāja funkcionalitātei elektriskajos transportlīdzekļos. Galu galā lielas jaudas komponenta vadīšana nanosekundēs ir sarežģīts darbs, un tam ir vairākas grūtības, kuras vēl nav atrisinātas. Viens no spilgtākajiem izaicinājumiem ir sprieguma reitinga uzlabošana. Efektīvas darbības uzlabošana augstākā temperatūrā, nemainot parasto konstrukciju, ir vēl viens svarīgs izaicinājums, kas turpina piesaistīt R&D intereses RF pusvadītāju telpā.
Fakts atkārtoti uzsver, ka jaudīgu elektronisko moduļu izmantošana EV un HEV ir ļoti prasīga un to veiktspēja ir atkarīga ne tikai no sprieguma un veiktspējas jauninājumiem. Pastāvīgs strukturālo un dizaina tehnoloģiju uzlabojumu virziens nodrošina RF ierīču izturību, uzticamību un termisko pretestību hibrīdos un tīra / akumulatora elektriskos transportlīdzekļos.
Iepakojuma problēmas piesaista uzmanību
Kaut arī apkārtējo elektronisko detaļu sagrozīšana ir vēl viens faktors, kas izaicina RF pusvadītāju ierīču piemērotību EV konstrukcijās, EMC (epoksīda formēšanas savienojums) pusvadītāju iepakojums ir kļuvis par ļoti ienesīgu pētījumu jomu, jo tas ļauj darboties, netraucējot kaimiņu elektroniskos komponentus.
Turklāt, lai gan pārmesti RF jaudas moduļi jau tiek uztverti kā tuvākās nākotnes galvenie virzieni, konstrukcijām joprojām ir iespējas uzlabot siltuma pārvaldību. RF pusvadītāju vidē vadošie uzņēmumi uzsver, ka jāpaplašina centieni, kas saistīti ar iesaiņošanu, lai panāktu lielāku uzticamību lietošanai elektriskajos transportlīdzekļos.
Labāka WBG nākotne - vai tādas ir?
SiC brieduma un pierādītā GaN pārākuma fona apstākļos tirgus tomēr nespēj atrisināt ar WBG saistītās uzticamības problēmas, kas galu galā ilgtermiņā ierobežo WBG tipa FR pusvadītāju iekļūšanu tirgū. Vienīgais veids, kā panākt stabilāku WBG tipa pusvadītāju projektēšanu, ir dziļāka izpratne par to atteices mehānismiem skarbos ekspluatācijas apstākļos. Eksperti arī uzskata, ka WBG varētu sasniegt briedumu tirgū bez konkrēta stratēģiska atbalsta, kas atjaunotu viņu uzticamību turpmākai izmantošanai.
Kas ir nozares Behemots
ASV uzņēmums Cree Inc. Wolfspeed, kas specializējas augstākās kvalitātes SiC un GaN RF enerģijas izstrādājumos, nesen laida klajā jaunu produktu, kas vairāk nekā par 75% samazina EV piedziņas invertora zudumus. Ar šādu uzlabotu efektivitāti inženieri, visticamāk, atklās jaunus parametrus, lai ieviestu jauninājumus attiecībā uz akumulatora lietojumu, diapazonu, dizainu, termisko pārvaldību un iepakojumu.
Elektrisko un hibrīdo elektrisko transportlīdzekļu invertoru augstsprieguma shēma rada daudz siltuma, un šī problēma jārisina ar efektīvu dzesēšanas mehānismu. Pētījumos atkal un atkal tiek ieteikts, ka invertoru izmēru un svara samazināšana ir atslēga, lai panāktu uzlabotu automobiļu detaļu dzesēšanu EV un HEV.
Līdzīgā līnijā lielākā daļa nozares līderu (piemēram, Hitachi, Ltd.) joprojām koncentrējas uz invertora masu un izmēru, izmantojot dubultu dzesēšanas tehnoloģiju, kas izmanto vai nu šķidrumu, vai gaisu, lai tieši atdzesētu vēlamo augsto temperatūru. sprieguma RF barošanas modulis. Šāds mehānisms ļauj arī palielināt kopējās konstrukcijas kompaktumu un elastību, tādējādi cenšoties samazināt enerģijas ražošanas zudumus.
Gaidot kompakta dizaina nozīmi, lai palielinātu RF jaudas pusvadītāja pielietojamību elektriskajos transportlīdzekļos, tādi kā Mitsubishi ultrakompaktā SiC invertora izceļas kā taktika. Mitsubishi Electric Corporation ir īpaši izstrādājis šo īpaši kompakto RF strāvas produktu hibrīda EV un apgalvo, ka tā ir pasaulē mazākā šāda veida SiC ierīce. Šīs ierīces samazinātais iepakojuma apjoms patērē ievērojami mazāk vietas automašīnas salonā un tādējādi nodrošina augstāku degvielas un energoefektivitāti. Ierīces komercializācija ir paredzēta nākamajos pāris gados. Daļēji atbalstot Jaunās enerģijas un rūpniecisko tehnoloģiju attīstības organizāciju (NEDO, Japāna), uzņēmums drīz sāks arī īpaši kompakta SiC invertora masveida ražošanu.
Pagājušajā gadā tika uzsākta nozares pirmā revolucionārā lauka programmējamā vadības ierīce (FPCU) kā jauna pusvadītāju arhitektūra, kas potenciāli var būt atbildīga par elektrisko un hibrīdo elektrisko transportlīdzekļu klāsta un veiktspējas palielināšanu. Šo RF pusvadītāju ierīci izstrādājusi Silicon Mobility, kas atrodas Francijā, ar mērķi ļaut esošajām EV un HEV tehnoloģijām sasniegt maksimālo potenciālu. Silicon Mobility ražošanas partneris FPCU izstrādē ir ASV bāzēts pusvadītāju ražotājs - GlobalFoundries.
RF enerģijas pusvadītāju pieprasījums Āzijas un Klusā okeāna reģionā pieaugt
Tā kā pasaule ātri pāriet uz enerģijas avotiem ar zemu oglekļa dioksīda emisiju līmeni, lai sasniegtu energoefektīvu transportu, spiediens samazināt oglekļa dioksīda nospiedumu uz energoefektīviem transportlīdzekļiem būvniecībā. Pat ja masveida ražošana ir sākta tikai pirms aptuveni desmit gadiem, EV automobiļu tirgus jau pārsniedz tradicionālo transportlīdzekļu tirgu, kas darbojas ar ICE (iekšdedzes dzinējs). Par paplašināšanas bijušais likme ir ziņots gandrīz 10X ka vēlāk un beigās 2040. gadā, vairāk nekā 1/3 rd no kopējā jauno automobiļu pārdošanas būs jāatskaitās par EBD.
Jaunākie Ķīnas automobiļu ražotāju asociācijas dati liecina, ka tikai Ķīnā 2016. gadā tika pārdoti vairāk nekā pusmiljons EV, kas galvenokārt ietvēra komerciālos transportlīdzekļus un autobusus. Kaut arī Ķīna ilgtermiņā paliks lielākais EV tirgus, EV ražošanas līmenis visā Āzijas un Klusā okeāna reģionā ir bijis nemainīgi augsts.
Papildus ievērojami plaukstošajai patērētāju elektronikas nozarei reģionā pēdējā laikā vērojams ievērojams EV tirgus pieaugums, tādējādi radot spēcīgu iespēju iekļūt RF jaudas pusvadītājos, vēlams, pamatojoties uz GaN.
RF strāvas pusvadītāju tirgus globālais vērtējums ir aptuveni USD 12 miljardi (sākot ar 2018. gada beigām). Pateicoties izrāviena iespējām, ko rada 5G tehnoloģijas parādīšanās, plaša bezvadu tīkla infrastruktūras un IIoT (rūpnieciskā lietu interneta) tehnoloģijas pārņemšana, plaša patēriņa elektronikas ainavas perspektīva un pieaugošs elektrisko transportlīdzekļu (EV) pārdošanas apjoms, RF enerģijas pusvadītāju tirgus ieņēmumi līdz 2027. gadam, visticamāk, pieaugs ar iespaidīgu 12% salikto gada pieauguma tempu.
Aditi Yadwadkar ir pieredzējis tirgus pētījumu autors un daudz rakstījis par elektronikas un pusvadītāju nozari. Nākotnes tirgus ieskatā (FMI) viņa cieši sadarbojas ar elektronikas un pusvadītāju pētījumu komandu, lai apkalpotu klientu vajadzības no visas pasaules. Šīs atziņas ir balstītas uz FMI nesen veikto pētījumu par RF enerģijas pusvadītāju tirgu .