Эта страница частично использует JavaScript. Эта страница может работать некорректно, если эти функции не поддерживаются вашим браузером или настройка отключена.
Toshiba впервые интегрирует высокопроизводительную микросхему драйвера для управления силовыми полупроводниками нового поколения в одном чипе
-Первая в мире аналого-цифровая смешанная ИС снижает шум на 51%, способствуя реализации общества с нейтральным выбросом углерода за счет уменьшения размера и эффективности схем электропривода и преобразователей постоянного и переменного тока.
29 октября 2021
Корпорация Toshiba
Обзор
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) продемонстрировала первое в мире успешное изготовление высокопроизводительных схем с аналого-цифровой интеграцией на одном интегрированном драйвере микросхемы. схема (IC) для управления силовыми полупроводниками следующего поколения (* 1). Разработанная ИС обнаруживает напряжение и текущее состояние силовых полупроводников на сверхвысоких скоростях 2 мкс или меньше, а точный контроль снижает уровень шума, создаваемого силовыми полупроводниками, до 51%. Теоретические расчеты также подтверждают, что потери мощности при движении двигателя могут быть уменьшены на 25% по сравнению с эквивалентным снижением шума традиционными методами. В случае короткого замыкания или другой неисправности питание Полупроводниковое можно немедленно защитить, чтобы предотвратить его повреждение.
Это technology это максимизирует производительность силовых полупроводников нового поколения. Это будет способствовать созданию общества с нулевым выбросом углерода, способствуя миниатюризации, повышению эффективности и высокой надежности цепей привода двигателей и преобразователей постоянного тока в переменный, используемых в электромобилях, промышленном оборудовании, интеллектуальных энергосетях и так далее.
Предпосылки развития
Силовые полупроводники управляют напряжением и током. Они используются для привода двигателей во многих приложениях, а также для преобразования энергии постоянного тока в переменный. Для создания общества с нулевым выбросом углерода жизненно важно повысить эффективность и уменьшить размеры силовых полупроводников и преобразователей энергии. Более того, власть полупроводник Рынок продолжает расширяться с каждым годом, а мировой рынок ИС драйверов для управления силовыми полупроводниками вырос примерно с 140 миллиардов иен в 2017 году до примерно 180 миллиардов иен в 2021 году, и ожидается, что эта тенденция сохранится и в будущем (*2).
В настоящее время такие устройства, как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) (*3) и кремниевые металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (Si-MOSFET) (*4) обычно используются для силовых полупроводников. Дальнейшее повышение эффективности потребует снижения потерь мощности, возникающих при преобразовании энергии, поэтому разработка силовых полупроводников следующего поколения с низкими характеристиками потерь, таких как карбид кремния, МОП-транзистор (SiC-MOSFET) (*5) развивается. Силовые полупроводники следующего поколения позволят снизить потери мощности при преобразовании энергии, достигнуть высокой эффективности и облегчить рассеивание тепла, тем самым позволяя уменьшить как размер, так и вес. Однако когда этими устройствами управляют обычными схемными методами, снижение потерь мощности происходит за счет увеличения шума. Кроме того, пути рассеивания тепла сокращаются, поэтому в маловероятном случае короткого замыкания или другой неисправности температура мгновенно повысится, что облегчит выход полупроводниковых элементов из строя.
Были проведены исследования технологий снижения шума в силовых полупроводниках следующего поколения за счет улучшения методов управления, но гибкость в снижении шума была проблематичной, поскольку оптимальный метод для этого различается в зависимости от напряжения и текущего состояния силового полупроводникового элемента. Кроме того, традиционные методы требуют, чтобы разработчики систем реализовали функции обнаружения неисправностей и защиты от коротких замыканий и т.п. с помощью микрокомпьютера, а внутренняя задержка может привести к повреждению элемента.
Особенности технологии
Таким образом, Toshiba решила эту проблему, разработав первую в мире высокопроизводительную однокристальную ИС драйвера затвора со смешанными аналоговыми и цифровыми схемами. Обычно для реализации высокой функциональности, подобной той, которая обеспечивается этой ИС, требовались конфигурации с использованием множества отдельных полупроводниковых компонентов, таких как преобразователи сигналов, запоминающие устройства, рабочие схемы и схемы усилителя. Однако установка аналоговых и цифровых схем вместе позволяет использовать аналоговую схему для обнаружения напряжения и тока в силовых полупроводниковых элементах, а также цифровую схему для выбора метода управления на основе результатов обнаружения, тем самым реализуя оптимальное управление с помощью одного чип без множества запчастей. Разработанный полупроводник также имеет память для хранения методов управления, и во время управления схема повышения разрешения, объединяющая низкоскоростные цифровые и высокоскоростные аналоговые схемы, реализует надлежащее точное управление, используя аналоговые схемы только для тех частей, которые требуют высокоскоростного управления.
Toshiba также разработала технологию предварительной обработки аналоговых сигналов, которая извлекает из высокоскоростных сигналов напряжения и тока силовых полупроводников только те функции, которые необходимы для управления и обнаружения неисправностей, что позволяет обнаруживать неисправности с помощью низкоскоростного аналого-цифрового сигнала. Преобразователь. Таким образом, нет необходимости проходить через микрокомпьютер, что позволяет немедленно обнаруживать короткие замыкания и другие неисправности.
Эта ИС также может быть реализована с помощью недорогих дополнительных технологий обработки металлов-оксидов-полупроводников (CMOS) (* 6), совместимых с существующим производственным оборудованием. Используя эту ИС, компании удалось контролировать силовой полупроводник SiC-MOSFET на 1.2 кВ и снизить его импульсное напряжение, которое является основной причиной генерации шума, на 51% без увеличения потерь мощности. Использование традиционных методов для эквивалентного уменьшения помпажа приведет к увеличению потерь при движении двигателя, но теоретические расчеты ясно показывают, что использование этой ИС может снизить потери мощности на 25%. ИС также преуспела в обнаружении неисправностей на скоростях всего 2 мкс без использования микрокомпьютера. Ожидается, что эти функции позволят максимально повысить производительность силовых полупроводников следующего поколения.
Рисунок 2: Эффект снижения шума при управлении силовым полупроводником SiC-MOSFET и результаты высокоскоростного обнаружения неисправностей.
Будущие разработки
Группа Toshiba будет стремиться к практическому использованию разработанной ИС к 2025 году. Силовая электроника является рынком, на котором сосредоточена группа Toshiba, которая продолжит разработку технологий, связанных с этой ИС. Группа будет продвигать применение силовых полупроводников следующего поколения в различных системах преобразования энергии, тем самым способствуя снижению выбросов CO.2 выбросы за счет более высокой эффективности силовых полупроводников и реализации углеродно-нейтрального общества.
* 1: Эта технология была представлена на Конгрессе и выставке по преобразованию энергии IEEE 2021 года, международной конференции IEEE, которая проходила онлайн с 10 по 14 октября 2021 года.
* 2: Источник:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: биполярный Транзистор с полевым МОП-транзистором, встроенным в основание.
* 4: Si-MOSFET: тип Транзистор лучше подходят для маломощных и высокоскоростных операций по сравнению с IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: силовой полупроводник с использованием нового материала SiC.
* 6: CMOS: Тип полупроводниковой схемы, используемой в персональных компьютерах и многих других электронных устройствах.
Эта страница частично использует JavaScript. Эта страница может работать некорректно, если эти функции не поддерживаются вашим браузером или настройка отключена.
Toshiba впервые интегрирует высокопроизводительную микросхему драйвера для управления силовыми полупроводниками нового поколения в одном чипе
-Первая в мире аналого-цифровая смешанная ИС снижает шум на 51%, способствуя реализации общества с нейтральным выбросом углерода за счет уменьшения размера и эффективности схем электропривода и преобразователей постоянного и переменного тока.
29 октября 2021
Корпорация Toshiba
Обзор
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) продемонстрировала первое в мире успешное изготовление высокопроизводительных схем с аналого-цифровой интеграцией на одной интегральной схеме драйвера (IC) для управления силовыми полупроводниками следующего поколения (* 1). Разработанная ИС определяет напряжение и текущее состояние силовых полупроводников на сверхвысоких скоростях 2 мкс или меньше, а точный контроль снижает уровень шума, создаваемого силовыми полупроводниками, до 51%. Теоретические расчеты также подтверждают, что потери мощности при приводе двигателя могут быть уменьшены на 25% по сравнению с эквивалентным снижением шума традиционными методами. В случае короткого замыкания или другой неисправности силовой полупроводник можно немедленно защитить, чтобы предотвратить его повреждение.
Это технология, которая максимизирует производительность силовых полупроводников следующего поколения. Это будет способствовать созданию общества с нулевым выбросом углерода, помогая в миниатюризации, высокой эффективности и высокой надежности цепей привода электродвигателей и преобразователей постоянного тока в переменный, используемых в электромобилях, промышленном оборудовании, интеллектуальных электрических сетях и т. Д.
Предпосылки развития
Силовые полупроводники контролируют напряжения и токи. Они используются для привода двигателей во многих приложениях, а также для преобразования энергии постоянного тока в переменный. Для создания углеродно-нейтрального общества жизненно важно повысить эффективность и уменьшить размеры силовых полупроводников и преобразователей энергии. Кроме того, рынок силовых полупроводников продолжает расти с каждым годом, а глобальный рынок микросхем драйверов для управления силовыми полупроводниками вырос примерно со 140 миллиардов иен в 2017 году до примерно 180 миллиардов иен в 2021 году, и ожидается, что эта тенденция сохранится и в будущем. (* 2).
В настоящее время для силовых полупроводников обычно используются такие устройства, как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) (* 3) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник кремния (Si-MOSFET) (* 4). Дальнейшее повышение эффективности потребует снижения потерь мощности, возникающих при преобразовании мощности, поэтому разработка силовых полупроводников следующего поколения с низкими потерями, таких как карбид кремниевый МОП-транзистор (SiC-MOSFET) (* 5), продолжается. Силовые полупроводники следующего поколения уменьшат потери мощности при преобразовании энергии, обеспечат высокий КПД и облегчат отвод тепла, что позволит уменьшить как размер, так и вес. Однако, когда эти устройства управляются с использованием традиционных схемотехнических методов, снижение потерь мощности происходит за счет увеличения шума. Кроме того, пути отвода тепла сужаются, поэтому в маловероятном случае короткого замыкания или другой неисправности температура мгновенно повышается, что облегчает поломку полупроводниковых элементов.
Были проведены исследования технологий снижения шума в силовых полупроводниках следующего поколения за счет улучшения методов управления, но гибкость в снижении шума была проблематичной, поскольку оптимальный метод для этого различается в зависимости от напряжения и текущего состояния силового полупроводникового элемента. Кроме того, традиционные методы требуют, чтобы разработчики систем реализовали функции обнаружения неисправностей и защиты от коротких замыканий и т.п. с помощью микрокомпьютера, а внутренняя задержка может привести к повреждению элемента.
Особенности технологии
Таким образом, Toshiba решила эту проблему, разработав первую в мире высокопроизводительную однокристальную ИС драйвера затвора со смешанными аналоговыми и цифровыми схемами. Обычно для реализации высокой функциональности, подобной той, которая обеспечивается этой ИС, требовались конфигурации с использованием множества отдельных полупроводниковых компонентов, таких как преобразователи сигналов, запоминающие устройства, рабочие схемы и схемы усилителя. Однако установка аналоговых и цифровых схем вместе позволяет использовать аналоговую схему для обнаружения напряжения и тока в силовых полупроводниковых элементах, а также цифровую схему для выбора метода управления на основе результатов обнаружения, тем самым реализуя оптимальное управление с помощью одного чип без множества запчастей. Разработанный полупроводник также имеет память для хранения методов управления, и во время управления схема повышения разрешения, объединяющая низкоскоростные цифровые и высокоскоростные аналоговые схемы, реализует надлежащее точное управление, используя аналоговые схемы только для тех частей, которые требуют высокоскоростного управления.
Toshiba также разработала технологию предварительной обработки аналоговых сигналов, которая извлекает из высокоскоростных сигналов напряжения и тока силовых полупроводников только те функции, которые необходимы для управления и обнаружения неисправностей, что позволяет обнаруживать неисправности с помощью низкоскоростного аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, нет необходимости проходить через микрокомпьютер, что позволяет немедленно обнаруживать короткие замыкания и другие неисправности.
Эта ИС также может быть реализована с помощью недорогих дополнительных технологий обработки металлов-оксидов-полупроводников (CMOS) (* 6), совместимых с существующим производственным оборудованием. Используя эту ИС, компании удалось контролировать силовой полупроводник SiC-MOSFET на 1.2 кВ и снизить его импульсное напряжение, которое является основной причиной генерации шума, на 51% без увеличения потерь мощности. Использование традиционных методов для эквивалентного уменьшения помпажа приведет к увеличению потерь при движении двигателя, но теоретические расчеты ясно показывают, что использование этой ИС может снизить потери мощности на 25%. ИС также преуспела в обнаружении неисправностей на скоростях всего 2 мкс без использования микрокомпьютера. Ожидается, что эти функции позволят максимально повысить производительность силовых полупроводников следующего поколения.
Рисунок 2: Эффект снижения шума при управлении силовым полупроводником SiC-MOSFET и результаты высокоскоростного обнаружения неисправностей.
Будущие разработки
Группа Toshiba будет стремиться к практическому использованию разработанной ИС к 2025 году. Силовая электроника является рынком, на котором сосредоточена группа Toshiba, которая продолжит разработку технологий, связанных с этой ИС. Группа будет продвигать применение силовых полупроводников следующего поколения в различных системах преобразования энергии, тем самым способствуя снижению выбросов CO.2 выбросы за счет более высокой эффективности силовых полупроводников и реализации углеродно-нейтрального общества.
* 1: Эта технология была представлена на Конгрессе и выставке по преобразованию энергии IEEE 2021 года, международной конференции IEEE, которая проходила онлайн с 10 по 14 октября 2021 года.
* 2: Источник:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: биполярный транзистор со встроенным в базу полевым МОП-транзистором.
* 4: Si-MOSFET: тип транзистора, который лучше подходит для маломощных высокоскоростных операций по сравнению с IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: силовой полупроводник с использованием нового материала SiC.
* 6: CMOS: Тип полупроводниковой схемы, используемой в персональных компьютерах и многих других электронных устройствах.
Обзор
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) продемонстрировала первое в мире успешное изготовление высокопроизводительных схем с аналого-цифровой интеграцией на одной интегральной схеме драйвера (IC) для управления силовыми полупроводниками следующего поколения (* 1). Разработанная ИС определяет напряжение и текущее состояние силовых полупроводников на сверхвысоких скоростях 2 мкс или меньше, а точный контроль снижает уровень шума, создаваемого силовыми полупроводниками, до 51%. Теоретические расчеты также подтверждают, что потери мощности при приводе двигателя могут быть уменьшены на 25% по сравнению с эквивалентным снижением шума традиционными методами. В случае короткого замыкания или другой неисправности силовой полупроводник можно немедленно защитить, чтобы предотвратить его повреждение.
Это технология, которая максимизирует производительность силовых полупроводников следующего поколения. Это будет способствовать созданию общества с нулевым выбросом углерода, помогая в миниатюризации, высокой эффективности и высокой надежности цепей привода электродвигателей и преобразователей постоянного тока в переменный, используемых в электромобилях, промышленном оборудовании, интеллектуальных электрических сетях и т. Д.
Предпосылки развития
Силовые полупроводники контролируют напряжения и токи. Они используются для привода двигателей во многих приложениях, а также для преобразования энергии постоянного тока в переменный. Для создания углеродно-нейтрального общества жизненно важно повысить эффективность и уменьшить размеры силовых полупроводников и преобразователей энергии. Кроме того, рынок силовых полупроводников продолжает расти с каждым годом, а глобальный рынок микросхем драйверов для управления силовыми полупроводниками вырос примерно со 140 миллиардов иен в 2017 году до примерно 180 миллиардов иен в 2021 году, и ожидается, что эта тенденция сохранится и в будущем. (* 2).
В настоящее время для силовых полупроводников обычно используются такие устройства, как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) (* 3) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник кремния (Si-MOSFET) (* 4). Дальнейшее повышение эффективности потребует снижения потерь мощности, возникающих при преобразовании мощности, поэтому разработка силовых полупроводников следующего поколения с низкими потерями, таких как карбид кремниевый МОП-транзистор (SiC-MOSFET) (* 5), продолжается. Силовые полупроводники следующего поколения уменьшат потери мощности при преобразовании энергии, обеспечат высокий КПД и облегчат отвод тепла, что позволит уменьшить как размер, так и вес. Однако, когда эти устройства управляются с использованием традиционных схемотехнических методов, снижение потерь мощности происходит за счет увеличения шума. Кроме того, пути отвода тепла сужаются, поэтому в маловероятном случае короткого замыкания или другой неисправности температура мгновенно повышается, что облегчает поломку полупроводниковых элементов.
Были проведены исследования технологий снижения шума в силовых полупроводниках следующего поколения за счет улучшения методов управления, но гибкость в снижении шума была проблематичной, поскольку оптимальный метод для этого различается в зависимости от напряжения и текущего состояния силового полупроводникового элемента. Кроме того, традиционные методы требуют, чтобы разработчики систем реализовали функции обнаружения неисправностей и защиты от коротких замыканий и т.п. с помощью микрокомпьютера, а внутренняя задержка может привести к повреждению элемента.
Особенности технологии
Таким образом, Toshiba решила эту проблему, разработав первую в мире высокопроизводительную однокристальную ИС драйвера затвора со смешанными аналоговыми и цифровыми схемами. Обычно для реализации высокой функциональности, подобной той, которая обеспечивается этой ИС, требовались конфигурации с использованием множества отдельных полупроводниковых компонентов, таких как преобразователи сигналов, запоминающие устройства, рабочие схемы и схемы усилителя. Однако установка аналоговых и цифровых схем вместе позволяет использовать аналоговую схему для обнаружения напряжения и тока в силовых полупроводниковых элементах, а также цифровую схему для выбора метода управления на основе результатов обнаружения, тем самым реализуя оптимальное управление с помощью одного чип без множества запчастей. Разработанный полупроводник также имеет память для хранения методов управления, и во время управления схема повышения разрешения, объединяющая низкоскоростные цифровые и высокоскоростные аналоговые схемы, реализует надлежащее точное управление, используя аналоговые схемы только для тех частей, которые требуют высокоскоростного управления.
Toshiba также разработала технологию предварительной обработки аналоговых сигналов, которая извлекает из высокоскоростных сигналов напряжения и тока силовых полупроводников только те функции, которые необходимы для управления и обнаружения неисправностей, что позволяет обнаруживать неисправности с помощью низкоскоростного аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, нет необходимости проходить через микрокомпьютер, что позволяет немедленно обнаруживать короткие замыкания и другие неисправности.
Эта ИС также может быть реализована с помощью недорогих дополнительных технологий обработки металлов-оксидов-полупроводников (CMOS) (* 6), совместимых с существующим производственным оборудованием. Используя эту ИС, компании удалось контролировать силовой полупроводник SiC-MOSFET на 1.2 кВ и снизить его импульсное напряжение, которое является основной причиной генерации шума, на 51% без увеличения потерь мощности. Использование традиционных методов для эквивалентного уменьшения помпажа приведет к увеличению потерь при движении двигателя, но теоретические расчеты ясно показывают, что использование этой ИС может снизить потери мощности на 25%. ИС также преуспела в обнаружении неисправностей на скоростях всего 2 мкс без использования микрокомпьютера. Ожидается, что эти функции позволят максимально повысить производительность силовых полупроводников следующего поколения.
Рисунок 2: Эффект снижения шума при управлении силовым полупроводником SiC-MOSFET и результаты высокоскоростного обнаружения неисправностей.
Будущие разработки
Группа Toshiba будет стремиться к практическому использованию разработанной ИС к 2025 году. Силовая электроника является рынком, на котором сосредоточена группа Toshiba, которая продолжит разработку технологий, связанных с этой ИС. Группа будет продвигать применение силовых полупроводников следующего поколения в различных системах преобразования энергии, тем самым способствуя снижению выбросов CO.2 выбросы за счет более высокой эффективности силовых полупроводников и реализации углеродно-нейтрального общества.
* 1: Эта технология была представлена на Конгрессе и выставке по преобразованию энергии IEEE 2021 года, международной конференции IEEE, которая проходила онлайн с 10 по 14 октября 2021 года.
* 2: Источник:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
* 3: IGBT: биполярный транзистор со встроенным в базу полевым МОП-транзистором.
* 4: Si-MOSFET: тип транзистора, который лучше подходит для маломощных высокоскоростных операций по сравнению с IGBT.
* 5: SiC-MOSFET: силовой полупроводник с использованием нового материала SiC.
* 6: CMOS: Тип полупроводниковой схемы, используемой в персональных компьютерах и многих других электронных устройствах.