סיכום APEC: WBG וכוח תעשייתי מואר

המפגשים הטכניים בכנס ותערוכת האלקטרוניקה המיושמת (APEC 2021) שיקפו מגמות עוצמה מרכזיות בענפים: הביקוש ליעילות גבוהה יותר, ניהול תרמי משופר ומזעור. דרישות אלה ניכרות בענפים - רכב, תעשייה, מכשירים ניידים, מרכזי נתונים ואנרגיה מתחדשת.

כדי לעמוד באתגרים אלה, מעצבי הכוח פונים למוליכים למחצה עם פס רחב (WBG), אשר הודגשו על ידי מספר מכשירי WBG שהוצגו בתערוכה. מכשירי WBG, הן סיליקון קרביד (SiC) והן גליום ניטריד (GaN), מהווים פלח הולך וגדל בשוק מכשירי הכוח. מכשירים אלה מציעים יתרונות מובנים על פני סיליקון, כולל פסי פס גבוהים יותר ואבידות הולכה נמוכות יותר, מציאת בתים ברכבים חשמליים (EV), טלקום ואנרגיה מתחדשת.

יחד עם זאת, הביקוש גובר למכשירי חשמל העומדים בסביבות תעשייתיות קשות. רבים מהמכשירים הללו מתמקדים בשיפור היעילות הכוללת וצמצום שטח הלוח.

להלן מבחר מכשירי חשמל המוצגים ב- APEC 2021.

מכשירי WBG

SiC טֶכנוֹלוֹגִיָה עושה פריצות גדולות ברכבי החשמל הודות למספר יתרונות על פני סיליקון, כולל מיתוג טוב יותר וביצועים תרמיים משופרים, המתורגמים ליעילות גבוהה יותר, צפיפות הספק גבוהה יותר וגודל קטן יותר. אחד ממכשירי SiC החדשים ביותר עבור EVs מגיע מ-ON סמיקונדקטור. החברה הציגה לראווה כמה פתרונות SiC, כולל 650-V SiC מוספים ו 1,200-V ו- 900-V SiC MOSFET של ערוץ N. החברה גם אירחה כמה סמינרים בנושא טעינת EV מחוץ למועצה.

שניים מ-ON סמיקונדקטורהמוצרים האחרונים של SiC המיועדים לרכבי חשמל הם 1,200-V SiC MOSFET שני חבילות מודולים. מודולים אלה, המבוססים על טכנולוגיה מישורית, יכולים להניע א מתח טווח 18-20 V. המכשירים פשוטים לנהיגה עם מתח שער שלילי, אמרה החברה.

תוכנן עבור יישומי תחנת טעינה של EV ומוגדר כגשר דו-חבלי, ה- NXH010P120MNF1 הוא מכשיר בגודל 10 mΩ השוכן בחבילה F1, ואילו ה- NXH006P120MNF2 הוא מכשיר 6-mΩ באריזה F2. החבילות כוללות סיכות המתאימות ללחיצה, מה שהופך אותן למתאימות גם ליישומים תעשייתיים.

המודולים של SiC MOSFET כוללים גם תרמיסטור מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) משובץ לניטור טמפרטורה. בנוסף לטעינה של EV, ניתן להשתמש במכשירים אלה בממירי שמש, ספקי כוח ללא הפרעה ומערכות אחסון אנרגיה.

בעוד שטכנולוגיית SiC מתקדמת בשוקי EV, רבים ממכשירי ה- WBG המוצגים ב- APEC מבוססים על טכנולוגיית GaN. מכשירי GaN מציעים מספר יתרונות על פני סיליקון, כולל גודל קטן יותר, מוליכות תרמית גבוהה יותר ויעילות גבוהה. להלן מספר דוגמאות מ- EPC (Conversion Power Conversion), מערכות GaN, Nexperia, Power Integrations ו- Texas Instruments.

EPC הציגה את טרנזיסטורי אפקט השדה המבוססים על מצב גאון (eGaN FET) והמצב האחרון לשיפור מצב השיפור עבור מחשוב בצפיפות הספק גבוהה, רכב, ניידות אלקטרונית ורובוטיקה. החברה אירחה גם כמה מפגשים טכניים בהשתתפות FETs ו- IC של eGaN שלה.

מוצרים חדשים כוללים מוצרים להפצת חשמל באוטובוסים 48 וולט, כגון EPC9137, דו-כיוונית דו-פאזית של 1.5 קילוואט מֵמִיר שפועל ביעילות של 97% בטביעת רגל קטנה מאוד. ממיר EPC9137 DC / DC אמור להיות מהיר פי 3 ולמעלה מ 35% וקל יותר עם יעילות גבוהה יותר מ -1.5% בהשוואה לפתרונות MOSFET מסיליקון.

EPC מציעה גם לוח הדגמה ניתן להרחבה המאפשר להקביל שני ממירים להשגת 3 קילוואט או שלושה ממירים במקביל להשגת 4.5 קילוואט. הלוח כולל ארבעה EPC2206 100-V eGaN FET ונשלט על ידי מודול הכולל את הבקר הדיגיטלי Microchip dsPIC33CK256MP503 16 סיביות.

EPC eGaN FET יכול לפעול ביעילות של 97% בתדר מיתוג של 250 קילוהרץ, ומאפשר 800 וואט לשלב לעומת פתרונות מבוססי סיליקון. בנוסף, ניתן לצמצם את מספר השלבים מחמישה לארבעה עבור ממיר 3.5 קילוואט תוך הגדלת היעילות, הוסיפה החברה.

החברה גם הודיעה על הרחבת תיק ה- 80-V ו- 200-V eGaN FET. זה כולל את EPC2065 ו EPC2054 עוברי eGaN.

מערכות GaN השחיתו את הפתרונות האחרונים שלה מבוסס GaN למגוון יישומים, ממטענים למחשבים ניידים למחשבים ניידים וכלה במכוניות חשמליות. פיתרון אחד הוא תכנון התייחסות לממיר תהודה LLC בעל 3 כ"ס LLC בעל צפיפות גבוהה ויעילות גבוהה (GS-EVB-LLC-3KW-GS), מיקוד ליישומי מרכז נתונים, טלקום ויישומי אספקת חשמל במצב מתג (SMPS). תכנון ממיר תהודה LLC בגשר מלא, המשלב את החברה טרנזיסטורים במצב e-650, עולה על תקן 80 PLUS טיטניום ליחידות אספקת חשמל, ומשיג צפיפות הספק גבוהה (AC / DC PSU) מעל 100 W / in.³ ויעילות גבוהה של יותר מ 96%.

גאן מערכות גם הרס מספר מוצרי מטען צרכניים, כולל מטען כפול USB Ga-100 אינטליגנטי PD-GaN XNUMX וואט ודוגמאות ליעילות גבוהה 65-W QR מבוסס גאן ו 65-W מהדק פעיל flyback (ACF) מטענים. בתחום הרכב, החברה הדגישה את טרנזיסטורים של 650-V, 60-A ברכב, העומדים בדרישות הספק גבוה, אובדן נמוך ואמינות גבוהה.

Nexperia הדגישה את משפחת GaN FET הכוחית שלה, והתמקדה במכשירי 650 וולט, יחד עם אריזות CCPAK שלה. כמה מהמוצרים החדשים האחרונים כוללים את הדור השני משפחת מכשירי GaN FET בהספק של 650 וולט, מיקוד ספקי כוח לשרתים וטלקום.

650-V GaN FETs עומדים ב -80 PLUS ספקי כוח ברמת טיטניום (AC / DC חד פאזי ו- DC / DC SMPS תעשייתי) הפועלים בין 2 קילוואט ל -10 קילוואט, עם R_{DS (מופעל)} עד 35 mΩ (אופייני). ניתן להשתמש בהם גם בממירים סולאריים ובכונני סרוו באותו טווח הספק.

650-V H2 כוח כוח GaN FET, השוכנים באריזות TO-247, מספקים הצטמקות של 36% בגודל למות עבור R נתון._{DS (מופעל)} ערך ליציבות ויעילות טובים יותר, אמרה החברה. בנוסף, תצורת ה- cascode מבטלת את הצורך בנהגים מסובכים, ומאיצה זמן לשוק.

Nexperia מציע גם טווח של מכשירי GaN FET הכוללים את הדור הבא שלה בטכנולוגיית GaN HEMT H2 במתח גבוה, המכוונים ליישומי רכב, 5G ומרכזי נתונים. המכשירים מאוחסנים בתקן TO-247 סטנדרטי ובאריזות CCPAK הקנייניות של החברה עם קליפ נחושת.

Power Integrations התמקדה בפגישות ה- APEC שלה בפתרונות נהגי מנוע BLDC, כלי אוטומציה לתכנון ומכשירי PowiGaN. אחד החדשים במשפחת המכשירים PowiGaN הוא InnoSwitch4-CZ ICs למתג flyback עם טכנולוגיית GaN, המכוונת למחלקה חדשה של מכשירי טעינה ניידים קומפקטיים במיוחד.

אל האני InnoSwitch4-CZ משפחה של ICs עם מיתוג למתג זבוב בתדר גבוה ומתח אפס משלבת מתג ראשוני של 750 וולט באמצעות טכנולוגיית ה- PowiGaN של החברה ובקר ACF בתדר גבוה חדשני המאפשר מחלקה חדשה של מטענים אולטרה קומפקטיים ויעילים במיוחד לטלפונים. , טאבלטים, ומחשבים ניידים.

שילוב המהדק הפעיל InnoSwitch4-CZ ו- ClampZero מספק יעילות של עד 95% ושומר על יעילות גבוהה מאוד על פני וריאציות במתח הקו, בעומס המערכת ובמתח היציאה בהשוואה לגישות ACF ישנות יותר, אמרו Power Integrations.

יחד עם כמה מפגשים טכניים, בין המוצרים המוצגים שטקסס אינסטרומנטס בע"מ הדגישו ב- APEC הם ה- FET של GaN. בנובמבר האחרון, TI תבעה את הרכב הראשון GET FETs עם נהג משולב, הגנה וניהול כוח פעיל ליישומי רכב ותעשייה. הרחבת שלה תיק ניהול כוח GaN FET במתח גבוה, 650-V החדש ו- 600-v GET FETs לספק TI צפיפות הספק ולהשיג יעילות של 99% בהשוואה לפתרונות קיימים, אמר TI.

בנוסף, בשילוב עם תכונות הבקרה המתקדמות במיקרו בקרי C2000 בזמן אמת, כגון TMS320F2838x או TMS320F28004x, ה- LMG3522R030-Q1 GaN FET מאפשר החלפת תדרים גדולים מ -1 מגה-הרץ בממירי הספק והפחיתו את גודל המגנטיקה ב -59% לעומת פתרונות הסיליקון וה- SiC הקיימים, אמר TI.

עם מפעיל שער משולב במהירות של 2.2 מגה-הרץ, ה- GET FETs משלבים גם הגנה פנימית וחישת טמפרטורה, המסייעים בצמצום שטח הלוח בתכנוני ניהול חשמל. שילוב זה, יחד עם צפיפות ההספק הגבוהה של טכנולוגיית ה- GaN הקניינית של TI, מאפשרים למהנדסים לחסל יותר מ -10 רכיבים הנדרשים בדרך כלל לפתרונות נפרדים, אמר TI. בנוסף, כל אחד מ- FETs החדשים של 30mΩ יכולים לתמוך בהמרת הספק של עד 4 קילוואט כאשר הם מיושמים בתצורת חצי גשר.

TI אמר כי מכוניות ה- GaN FET לרכב יכולות לעזור להפחית את גודלן של מטענים מובנים של EV וממירי DC / DC בשיעור של עד 50% בהשוואה לפתרונות סיליקון או SiC קיימים, ומציעים לטווח הרחבה של סוללות, אמינות מערכת מוגברת ועלות נמוכה יותר .

עבור יישומים תעשייתיים, המכשירים החדשים מאפשרים יעילות גבוהה וצפיפות הספק ביישומי אספקת חשמל AC / DC שבהם חשובים הפסדים נמוכים ומקום לוח מופחת, אמר TI. היישומים כוללים פלטפורמות מיחזור-יתר ומחשבים ארגוניים וכן מיישרי טלקום 5G.

כוח תעשייתי

Infineon Technologies AG הציגה השנה מגוון פתרונות לניהול חשמל ב- APEC, החל מסיליקון וכלה במכשירי WBG, המכסים מגוון יישומים החל ממחשוב ומרכז נתונים וכלה באנרגיה מתחדשת וניידות אלקטרונית. החברה גם הדגישה את קו המוצרים התעשייתי שלה ובקרת המנוע.

אחד המכשירים שהציגה אינפיניון הוא התוספת האחרונה שלו EiceDRIVER תיק מוצרים, 6EDL7141 IC בעל מנעול שער תלת פאזי לבקרת מנוע מתקדמת ביישומי צריכה ותעשייה המופעלים על ידי סוללות. מטרתו לספק צפיפות הספק גבוהה יותר ויעילות מערכת משופרת, הפתרון לתכנות ליישומי בקרת מנוע מתקדמים ארוז ב VQFN בן 48 פינים עם טביעת רגל של 7 × 7 מ"מ. בשילוב עם אינפיניון כוח MOSFETs, המכשירים מציעים פתרון מלא.

התכונות העיקריות של EiceDRIVER 6EDL7141 כוללות ממשק SPI לתצורת פלט כונן שער, ספק כוח משולב ומשאבות טעינה כפולות לספק את כל פונקציות המערכת. הודות לטווח מתח הפעלה בין 5.5 ל -60 וולט וזרם נהיגה הניתן להגדרה עד 1.5 A, המכשיר יכול לנהוג במגוון רחב של MOSFETs. הוא מציע גם הגדרת מתח אספקת נהג שער מתכווננת בין 7 וולט, 10 וולט, 12 וולט ו -15 וולט.

הבאק המשולב וסת דורש רק חיצוני קבל ו משרן כדי לספק כוח גם למיקרו-בקר וגם לחיישני ההול במנוע, אמר אינפיניון, מה שמצמצם את שטח הלוח ואת מספר הרכיבים החיצוניים הנדרשים.

ON Semiconductor השיקה כמה מודולי חשמל משולבים ליישומים תעשייתיים. השניים חדשים מודולים לתיקון גורם גורם ממיר-מהפך (PFC) משולב מיועדים לכונני מנוע תעשייתיים, כונני סרוו ו- HVAC, שם הם משמשים להנעת מנועים ליישומים כולל מאווררים ומשאבות.

אל האני NXH50M65L4C2SG ו NXH50M65L4C2ESG הם מודולים משולבים חשמליים מעוצבים, העוסקים ביישומים תעשייתיים מחוספסים בעלי הספק תפוקה גבוה.

NXH50M65L4C2SG ו- NXH50M65L4C2ESG, המבוסס על תחמוצת אלומיניום רגילה (Al₂O₃) מצע ומצע משופר בעל עמידות נמוכה-תרמית, בהתאמה, מכילים ממיר-מהפך-PFC מעגל מורכב מממיר חד פאזי עם ארבעה מיישרים 75-A, 1,600-V. המהפך התלת פאזי (NXH50M65L4C2ESG) משתמש בשישה 50-A, 600-V IGBTs עם דיודות הפוכות, וה-PFC הדו-ערוצי המשולב (NXH50M65L4C2SG) משלב שתי IGBTs 75-A, 650-V PFC עם דיודות הפוכות ושתי דיודות 50-A, 650-V PFC. תרמיסטור NTC מוטבע כדי לאפשר ניטור של טמפרטורת המכשיר במהלך הפעולה.

הודות למודול שהורכב מראש ומותאם, אלמנטים טפיליים הם קטנים מאוד בהשוואה לעיצובים מבוססי PCB נפרדים, אמר ON Semiconductor, ומאפשר טווח תדרים מיתוג PFC רחב בין 18 קילו-הרץ ל -65 קילו-הרץ.

ON Semiconductor טען גם לבקר ה- PFC הטוטמי הראשון של התעשייה עבור ספקי כוח לא מקוונים בצפיפות גבוהה במיוחד. ה NCP1680 בקרת PFC מוטות מוטות-מצב הולכה קריטית משתמשת בארכיטקטורה מגבלת זרם חדשנית וזיהוי שלב-קו יחד עם אלגוריתמי בקרה מוכחים.

על ידי החלפת דיודות גשר מיישר במתגים בתצורת מוט מוטם ו"משיכה בתפקוד ה- PFC להגביר ", ה- NCP1680 יכול להפחית את הפסדי הגשר ולשפר את היעילות הכוללת, אמרה החברה. בנוסף, ה- NCP1680 יכול לתמוך בכל סוג של מתגים, כולל MOSFET סיליקון-על או מתגי WBG כגון התקני SiC או GaN.

ניתן להשתמש במכשיר המשולב בתכנון אספקת חשמל למחשוב 5G, תעשייה וביצועים גבוהים הפועלים באמצעות חשמל אוניברסלי (90–265 VAC) ברמות הספק מומלצות עד 350 W. לדוגמא, עם 230 VAC. קלט חשמל, מעגלי PFC המבוססים על NCP1680 מסוגלים להשיג יעילות של קרוב ל 99% ב 300 וואט.

TI הציג גם בקר DC / DC משולב המפחית פליטות מתנהלות וגודל אספקת החשמל ביישומי רכב, תעשייה ותקשורת. החברה טוענת כי אלה הראשונים בקרי DC / DC עם מסנן EMI פעיל משולב (AEF) המסייעים למהנדסים לתכנן את פתרונות אספקת החשמל הקטנים ביותר עם הפרעות אלקטרומגנטיות נמוכות (EMI). בנוסף ל- AEF המשולב, המשפחה החדשה של בקרי DC / DC סינכרוניים - LM25149-Q1 ו- LM25149 - משלבים טכנולוגיית ספקטרום ספקטרום כפול אקראית, המסייעת עוד להפחתת EMI.

ישנם כמה תרחישים לפיהם החדש LM25149-Q1 ו LM25149 בקרי DC / DC עוזרים למעצבי כוח. ההתקנים יכולים לחתוך את השטח של פילטר ה- EMI החיצוני לחצי ולהוריד את ה- EMI המתנהל בתכנון ההספק בכמות של 55 dBµV על פני טווחי תדרים מרובים או להשיג שילוב של גודל מסנן מופחת ו- EMI נמוך, על פי TI.

ה- AEF המשולב, על ידי הפחתת נטל הסינון על האלמנטים הפסיביים, מפחית את גודלו, נפחו ועלותו של מסנן ה- EMI הפסיבי, ומאפשר למהנדסים להשיג את תכנון הספק הנמוך ביותר EMI הנמוך ביותר, אמר TI. ה- AEF המשולב יכול להפחית את גודל מסנני EMI בעד 50% בשטח ו 75% בנפח. בקרי ה- buck כוללים גם סנכרון תדרים לשעון חיצוני, מה שמפחית עוד יותר את ה- EMI.

תכונות נוספות המסייעות בהגדלת צפיפות הספק כוללות תפעול דו-פאזי משולב ושילוב דיודת האתחול, פיצוי לולאה ורכיבי משוב מתח-יציאה. TI ציינה שלמהנדסים יש אפשרות להשתמש במשוב חיצוני ובפיצוי לולאה כדי לייעל את העיצובים שלהם.

Trinamic Motion Control GmbH & Co. KG, כיום חלק מ אמרה מוצרים משולבים בע"מ, הוצגה לפני APEC תכנון התייחסות לכלים מקצה הזרוע לרובוטיקה תעשייתית ובקר סרוו / נהג ציר יחיד עם בקרת תנועה משולבת.

המקור הפתוח TMCM-1617-GRIP-REF עיצוב הפניה משלב שליטה מבוססת-חומרה מבוססת-חומרה (FOC) ושלוש יציאות תקשורת התומכות בתקשורת EtherCAT, IO-Link או RS-485 תעשייתית. עיצוב ההתייחסות כולל את התעשייה של Maxim Integrated MAX22000 קלט / פלט אנלוגי הניתן להגדרה דיוק גבוה MAX14906 קלט / פלט דיגיטלי מרובע-ערוצים להתאמת המצבים המרובים של הטרינאמי TMCM-1617 נהג סרוו בעל ציר יחיד.

Trinamic אמר כי העיצוב מכווץ את גודל התפסנים הרובוטיים פי 3 תוך צמצום זמן הפיתוח לחצי, הודות לפלטפורמת החומרה החכמה המשולבת לחלוטין המספקת אלגוריתמי בקרת מנוע וכן ערימות פרוטוקולים. כל התכונות הללו - FOC מבוסס חומרה, כניסות / יציאות הניתנות להגדרת תוכנה ושלוש ערימות פרוטוקול תקשורת - משתלבות בגודל פתרון קומפקטי שגודלו 4,197 מ"מ.².

אודות המרת כוח יעיל (EPC)GaN Systems Inc.Infineon TechnologiesNexperiaON שילובי חשמל מוליכים למחצה טקסס מכשיריםTRINAMIC