APEC özeti: Dünya Bankası Grubu ve endüstriyel güç ön plana çıkarıldı

Uygulamalı Güç Elektroniği Konferansı ve Fuarı'ndaki (APEC 2021) teknik oturumlar, endüstriler arasındaki temel güç trendlerini yansıttı: daha yüksek verimlilik, gelişmiş termal yönetim ve minyatürleştirme talebi. Bu gereksinimler otomotiv, endüstriyel, mobil cihazlar, veri merkezleri ve yenilenebilir enerji gibi tüm sektörlerde görülmektedir.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için güç tasarımcıları, fuarda yer alan bir dizi WBG cihazının vurguladığı geniş bant aralıklı (WBG) yarı iletkenlere yöneliyor. Hem silisyum karbür (SiC) hem de galyum nitrür (GaN) olan WBG cihazları, güç cihazı pazarının büyüyen bir segmentidir. Bu cihazlar, daha yüksek bant aralıkları ve daha düşük iletim kayıpları, elektrikli araçlarda (EV'ler), telekom ve yenilenebilir enerjide yer bulma gibi silikona göre doğal avantajlar sunar.

Aynı zamanda zorlu endüstriyel ortamlara uygun güç cihazlarına olan talep de artıyor. Bu cihazların birçoğu genel verimliliği artırmaya ve pano alanını azaltmaya odaklanmıştır.

İşte APEC 2021'de öne çıkan güç cihazlarından bir seçki.

Dünya Bankası cihazları

SiC teknoloji daha iyi anahtarlama ve geliştirilmiş termal performans, daha yüksek verimlilik, daha yüksek güç yoğunluğu ve daha küçük boyut gibi silikona göre çeşitli avantajlar sayesinde EV'lerde büyük ilerleme kaydediyor. EV'ler için en yeni SiC cihazlarından biri ON'dan geliyor Yarıiletken. Şirket birkaçını sergiledi SiC çözümleri650-V SiC dahil mosfetler ve 1,200-V ve 900-V N-kanallı SiC MOSFET'ler. Şirket ayrıca araç dışı EV şarjıyla ilgili çeşitli seminerlere de ev sahipliği yaptı.

İki adet AÇIK YarıiletkenEV'lere yönelik en yeni SiC ürünleri: 1,200-V SiC mosfet iki paketli modüller. Düzlemsel teknolojiye dayanan bu modüller, Voltaj 18–20 V aralığı. Şirket, cihazların negatif kapı voltajlarıyla çalıştırılmasının kolay olduğunu söyledi.

EV şarj istasyonu uygulamaları için tasarlanan ve iki paketli yarım köprü olarak yapılandırılan NXH010P120MNF1 F10 paketinde yer alan 1 mΩ'luk bir cihazdır. NXH006P120MNF2 F6 paketinde 2 mΩ'luk bir cihazdır. Paketlerde presle takılan pimler bulunur ve bu da onları endüstriyel uygulamalar için de uygun kılar.

SiC MOSFET modülleri ayrıca sıcaklık izleme için yerleşik bir negatif sıcaklık katsayılı (NTC) termistöre sahiptir. EV şarjının yanı sıra bu cihazlar solar invertörlerde, kesintisiz güç kaynaklarında ve enerji depolama sistemlerinde de kullanılabiliyor.

SiC teknolojisi EV pazarlarında ilerleme kaydederken, APEC'te yer alan WBG cihazlarının çoğu GaN teknolojisine dayanıyor. GaN cihazları silikona göre daha küçük boyut, daha yüksek termal iletkenlik ve yüksek verimlilik gibi çeşitli avantajlar sunar. Verimli Güç Dönüşümü (EPC), GaN Sistemleri, Nexperia, Güç Entegrasyonları ve Texas Instruments'tan birkaç örneği burada bulabilirsiniz.

EPC, yüksek güç yoğunluklu bilgi işlem, otomotiv, e-mobilite ve robot teknolojisine yönelik en yeni geliştirme modlu GaN tabanlı alan etkili transistörlerini (eGaN FET'ler) ve IC'lerini sergiledi. Şirket ayrıca eGaN FET'lerini ve IC'lerini içeren çeşitli teknik oturumlara da ev sahipliği yaptı.

Yeni ürünler arasında 48-V bara güç dağıtım ürünleri yer almaktadır. EPC9137, 1.5 kW'lık iki fazlı 48 ila 12 V çift yönlü Dönüştürücü çok az yer kaplayarak %97 verimlilikle çalışır. EPC9137 DC/DC dönüştürücünün, silikon MOSFET çözümleriyle karşılaştırıldığında 3 kat daha hızlı, %35'ten daha küçük ve daha hafif olduğu ve %1.5'ten daha yüksek verimlilikte olduğu söyleniyor.

EPC ayrıca iki dönüştürücünün paralel bağlanmasına ve 3 kW'a veya üç dönüştürücünün paralel bağlanmasına ve 4.5 kW'a ulaşılmasına olanak tanıyan ölçeklenebilir bir demo kartı da sunuyor. Kartta dört adet EPC2206 100-V eGaN FET bulunur ve bir modül Microchip dsPIC33CK256MP503 16 bit dijital denetleyiciyi içerir.

EPC, EPC eGaN FET'lerin 97 kHz anahtarlama frekansında %250 verimlilikle çalışabildiğini ve silikon bazlı çözümlerle karşılaştırıldığında 800 W/faza olanak sağladığını söyledi. Ayrıca şirket, verimliliği artırırken 3.5 kW'lık bir dönüştürücü için faz sayısını beşten dörde düşürmenin mümkün olduğunu da sözlerine ekledi.

Şirket ayrıca 80-V ve 200-V eGaN FET portföyünün genişletildiğini de duyurdu. Bu şunları içerir: EPC2065 ve EPC2054 eGaN FET'ler.

GaN Systems, cep telefonu ve dizüstü bilgisayar şarj cihazlarından EV'lere kadar çeşitli uygulamalara yönelik en yeni GaN tabanlı çözümlerini tanıttı. Çözümlerden biri, yüksek yoğunluklu, yüksek verimli GaN tabanlı 3 kW LLC rezonans dönüştürücü için referans tasarımdır (GS-EVB-LLC-3KW-GS), veri merkezi, telekom ve endüstriyel anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS) uygulamalarını hedefliyor. Tam köprü LLC rezonans dönüştürücü tasarımı, şirketin 650-V e-mod transistörleri, güç kaynağı üniteleri için 80 PLUS Titanyum standardını aşarak 100 W/inç'in üzerinde yüksek güç yoğunluğuna (AC/DC PSU) ulaşır.³ ve %96'dan fazla yüksek verimlilik.

GaN Systems ayrıca çeşitli tüketici şarj cihazı ürünlerini de tanıttı. 100 W çift USB-C akıllı PD GaN şarj cihazı ve yüksek verimlilik örnekleri GaN tabanlı 65-W QR ve 65-W aktif kelepçe geri dönüşü (ACF) şarj cihazları. Şirket, otomotiv alanında ise şunları vurguladı: otomotiv sınıfı 650-V, 60-A transistörlerYüksek güç, düşük kayıp ve yüksek güvenilirlik gereksinimlerini karşılayan.

Nexperia, CCPAK yüzeye monte ambalajının yanı sıra 650 V cihazlara odaklanan güçlü GaN FET ailesini vurguladı. En son yeni ürünlerden birkaçı ikinci nesil 650-V güç GaN FET cihaz ailesi, sunucu ve telekomünikasyon güç kaynaklarını hedef alıyor.

650 V GaN FET'ler, 80 kW ila 2 kW arasında çalışan, R ile 10 PLUS Titanyum sınıfı güç kaynaklarını (tek fazlı AC/DC ve DC/DC endüstriyel SMPS) karşılar._{DS (açık)} 35 mΩ'a kadar (tipik). Aynı güç aralığında solar invertörlerde ve servo sürücülerde de kullanılabilirler.

TO-650 ambalajında ​​​​bulunan 2 V H247 güçlü GaN FET'ler, belirli bir R için kalıp boyutunda %36'lık bir daralma sağlar_{DS (açık)} şirket, daha iyi istikrar ve verimlilik için değer olduğunu söyledi. Ayrıca, kademeli konfigürasyon karmaşık sürücülere olan ihtiyacı ortadan kaldırarak pazara sunma süresini hızlandırır.

Nexperia ayrıca şunları sunuyor: aralık Otomotiv, 2G ve veri merkezi uygulamalarını hedefleyen, yeni nesil yüksek gerilim GaN HEMT H5 teknolojisine sahip GaN FET cihazlarının sayısı. Cihazlar standart TO-247 ve şirketin bakır klipsli tescilli CCPAK yüzeye monte ambalajında ​​muhafaza edilir.

Power Integrations, APEC oturumlarını BLDC motor sürücüsü çözümleri, tasarım otomasyon araçları ve PowiGaN cihazları üzerine yoğunlaştırdı. PowiGaN cihaz ailesinin en yenilerinden biri InnoSwitch4-CZ GaN teknolojisine sahip geri dönüş değiştirici IC'ler, yeni bir ultra kompakt mobil şarj cihazı sınıfını hedefliyor.

The InnoSwitch4-CZ yüksek frekanslı, sıfır voltaj anahtarlamalı geri dönüş anahtarlayıcı IC'leri ailesi, telefonlar için yeni bir ultra kompakt ve ultra verimli şarj cihazı sınıfına olanak sağlamak üzere şirketin PowiGaN teknolojisini kullanan 750 V birincil anahtar ve yeni bir yüksek frekanslı ACF denetleyici içerir , tabletler ve dizüstü bilgisayarlar.

Power Integrations, InnoSwitch4-CZ ve ClampZero aktif kelepçe kombinasyonunun %95'e kadar verimlilik sağladığını ve eski ACF yaklaşımlarıyla karşılaştırıldığında hat voltajı, sistem yükü ve çıkış voltajındaki değişikliklerde çok yüksek verimliliği koruduğunu söyledi.

Çeşitli teknik oturumların yanı sıra Texas Instruments Inc.'in APEC'te öne çıkardığı öne çıkan ürünler arasında GaN FET'leri de yer alıyor. Geçen Kasım ayında TI ilk otomotivi talep etti GaN FET'ler otomotiv ve endüstriyel uygulamalar için entegre sürücü, koruma ve aktif güç yönetimi ile. Genişletilmesi yüksek gerilim GaN FET güç yönetimi portföyü, yeni 650-V ve 600 V GaN FET'ler TI, mevcut çözümlerle karşılaştırıldığında iki kat daha fazla güç yoğunluğu sağladığını ve %99 verimlilik elde ettiğini söyledi.

Ek olarak, TMS2000F320x veya TMS2838F320x gibi C28004 gerçek zamanlı mikro denetleyicilerindeki gelişmiş kontrol özellikleriyle birleştirildiğinde LMG3522R030-Q1 GaN FET 1 MHz'den büyük frekansların değiştirilmesini sağlar TI, güç dönüştürücülerinde manyetik boyutun mevcut silikon ve SiC çözümlerine kıyasla %59 oranında azaltıldığını söyledi.

Hızlı anahtarlamalı, 2.2 MHz entegre kapı sürücüsüyle, GaN FET'ler ayrıca güç yönetimi tasarımlarında kart alanının azaltılmasına yardımcı olan dahili koruma ve sıcaklık algılamayı da entegre eder. TI, bu entegrasyonun, TI'nin tescilli GaN teknolojisinin yüksek güç yoğunluğuyla birlikte, mühendislerin ayrık çözümler için genellikle gerekli olan 10'dan fazla bileşeni ortadan kaldırmasına olanak tanıdığını söyledi. Ek olarak, yeni 30 mΩ'luk FET'lerin her biri, yarım köprü konfigürasyonunda uygulandığında 4 kW'a kadar güç dönüşümünü destekleyebilir.

TI, otomotiv GaN FET'lerinin EV yerleşik şarj cihazlarının ve DC/DC dönüştürücülerin boyutunu mevcut silikon veya SiC çözümlerine kıyasla %50'ye kadar azaltmaya yardımcı olabileceğini ve EV'lere daha geniş bir pil aralığı, artırılmış sistem güvenilirliği ve daha düşük maliyet sunabileceğini söyledi. .

TI, endüstriyel uygulamalar için yeni cihazların, düşük kayıpların ve azaltılmış kart alanının önemli olduğu AC/DC güç dağıtım uygulamalarında yüksek verimlilik ve güç yoğunluğu sağladığını söyledi. Uygulamalar arasında hiper ölçekli ve kurumsal bilgi işlem platformlarının yanı sıra 5G telekom redresörleri de yer alıyor.

Endüstriyel güç

Infineon Technologies AG, bu yıl APEC'te silikondan WBG cihazlarına kadar, bilgi işlem ve veri merkezinden yenilenebilir enerji ve e-mobiliteye kadar çeşitli uygulamaları kapsayan bir dizi güç yönetimi çözümüne yer verdi. Şirket ayrıca endüstriyel güç ve motor kontrol ürün grubunu da öne çıkardı.

Infineon'un öne çıkardığı cihazlardan biri de ürün yelpazesine en son eklenen EiceDRIVER ürün portföyü, 6EDL7141 Pille çalışan tüketici ve endüstriyel uygulamalarda gelişmiş motor kontrolü için üç fazlı kapı sürücüsü IC'si. Daha yüksek güç yoğunluğu ve gelişmiş sistem verimliliği sunmayı amaçlayan gelişmiş motor kontrol uygulamalarına yönelik programlanabilir çözüm, 48 × 7 mm² ayak izine sahip 7 pinli bir VQFN'de paketlenmiştir. Infineon'la birleştirildiğinde güç MOSFET'lericihazlar eksiksiz bir çözüm sunuyor.

EiceDRIVER 6EDL7141'in temel özellikleri arasında geçit sürücüsü çıkış yapılandırması için bir SPI arayüzü, entegre bir güç kaynağı ve tüm sistem işlevlerini sağlamak için çift şarjlı pompalar bulunur. 5.5 ila 60 V çalışma voltajı aralığı ve 1.5 A'ya kadar yapılandırılabilir sürüş akımı sayesinde cihaz çok çeşitli MOSFET'leri çalıştırabilir. Ayrıca 7 V, 10 V, 12 V ve 15 V arasında ayarlanabilir kapı sürücüsü besleme voltajı ayarı sunar.

Entegre para regülatör yalnızca harici bir gereksinim gerektirir kondansatör ve indüktör Infineon'un söylediğine göre motordaki hem mikro denetleyici hem de Hall sensörleri için güç sağlamak, kart alanını ve gerekli harici bileşen sayısını azaltıyor.

ON Semiconductor, endüstriyel uygulamalara yönelik birkaç entegre güç modülünü piyasaya sürdü. İki yeni entegre, dönüştürücü-invertör-güç faktörü düzeltme (PFC) modülleri fanlar ve pompalar gibi uygulamalara yönelik motorları sürmek için kullanıldıkları endüstriyel motor sürücüleri, servo sürücüler ve HVAC için tasarlanmıştır.

The NXH50M65L4C2SG ve NXH50M65L4C2ESG yüksek çıkış gücüne sahip dayanıklı endüstriyel uygulamaları hedefleyen, transfer kalıplı güç entegre modüllerdir.

NXH50M65L4C2SG ve NXH50M65L4C2ESG, standart bir alüminyum oksit (Al) bazlıdır.₂O₃) alt tabaka ve geliştirilmiş düşük ısı dirençli alt tabaka sırasıyla bir dönüştürücü-invertör-PFC içerir devre dört adet 75-A, 1,600-V doğrultucuya sahip tek fazlı bir dönüştürücüden oluşur. Üç fazlı invertör (NXH50M65L4C2ESG) altı adet 50-A, 600-V kullanır IGBTters diyotlu ve çift kanallı aralıklı PFC (NXH50M65L4C2SG), ters diyotlu iki adet 75-A, 650-V PFC IGBT'yi ve iki adet 50-A, 650-V PFC diyotu entegre eder. Çalışma sırasında cihaz sıcaklığının izlenmesine olanak sağlamak için bir NTC termistörü yerleştirilmiştir.

ON Semiconductor, önceden birleştirilmiş ve optimize edilmiş modül sayesinde parazit elemanların ayrı PCB tabanlı tasarımlarla karşılaştırıldığında çok küçük olduğunu ve 18 kHz ile 65 kHz arasında geniş bir PFC anahtarlama frekansı aralığına izin verdiğini söyledi.

ON Semiconductor ayrıca ultra yüksek yoğunluklu çevrimdışı güç kaynakları için sektörün ilk totem kutuplu PFC denetleyicisini de talep etti. NCP1680 kritik iletim modlu totem kutuplu PFC denetleyicisi, kanıtlanmış kontrol algoritmalarıyla birlikte yeni bir akım sınırlama mimarisi ve hat fazı algılama kullanır.

Şirket, doğrultucu köprü diyotlarını totem direği konfigürasyonundaki anahtarlarla değiştirerek ve "güçlendirme PFC fonksiyonunu devreye sokarak" NCP1680'in köprü kayıplarını azaltabileceğini ve genel verimliliği artırabileceğini söyledi. Ayrıca NCP1680, süper bağlantı silikon MOSFET'leri veya SiC veya GaN cihazları gibi WBG anahtarları da dahil olmak üzere herhangi bir anahtar tipini destekleyebilir.

Entegre cihaz, 5 W'a kadar önerilen güç seviyelerinde evrensel şebekeyle (90–265 VAC) çalışan telekom 350G, endüstriyel ve yüksek performanslı bilgi işlem için güç kaynağı tasarımlarında kullanılabilir. Örnek olarak 230 VAC ile şebeke girişi, NCP1680 tabanlı PFC devreleri 99 W'ta %300'a yakın verimlilik elde etme kapasitesine sahiptir.

TI ayrıca otomotiv, endüstriyel ve iletişim uygulamalarında iletilen emisyonları ve güç kaynağı boyutunu azaltan entegre bir DC/DC kontrol cihazını da sergiledi. Şirket bunların ilk olduğunu iddia ediyor Entegre aktif EMI filtreli (AEF) DC/DC kontrolörleri mühendislerin düşük elektromanyetik girişime (EMI) sahip en küçük güç kaynağı çözümlerini tasarlamalarına yardımcı olur. Entegre AEF'ye ek olarak, yeni senkron DC/DC buck kontrolörleri ailesi (LM25149-Q1 ve LM25149), EMI'yi azaltmaya daha da yardımcı olan çift rastgele yayılma spektrumu teknolojisini içerir.

Yeni sistemin kullanılabileceği birkaç senaryo var. LM25149-Q1 ve LM25149 DC/DC kontrolörleri güç tasarımcılarına yardımcı olur. TI'ye göre cihazlar, harici EMI filtresinin alanını yarıya indirebilir ve güç tasarımının iletilen EMI'sini çoklu frekans bantlarında 55 dBμV'ye kadar azaltabilir veya azaltılmış filtre boyutu ve düşük EMI kombinasyonunu elde edebilir.

TI, entegre AEF'nin pasif elemanlar üzerindeki filtreleme yükünü azaltarak pasif EMI filtresinin boyutunu, hacmini ve maliyetini azaltarak mühendislerin mümkün olan en küçük düşük EMI güç tasarımını elde etmelerine olanak tanıdığını söyledi. Entegre AEF, EMI filtrelerinin boyutunu alan olarak %50'ye ve hacim olarak %75'e kadar azaltabilir. Buck kontrolörleri ayrıca EMI'yi daha da azaltan harici bir saate frekans senkronizasyonu özelliğine sahiptir.

Güç yoğunluğunu artırmaya yardımcı olan diğer özellikler arasında aralıklı çift fazlı çalışma ve önyükleme diyotunun entegrasyonu, döngü telafisi ve çıkış voltajı geri besleme bileşenleri yer alır. TI, mühendislerin tasarımlarını daha da optimize etmek için harici geri bildirim ve döngü telafisini kullanma seçeneğine sahip olduğunu belirtti.

Trinamic Motion Control GmbH & Co. KG, artık bir parçası Özdeyiş Integrated Products Inc., APEC'ten önce tanıtıldı kol sonu takımlama referans tasarımı endüstriyel robotlar ve entegre hareket kontrolüne sahip tek eksenli servo kontrolör/sürücü için.

Açık kaynak TMCM-1617-GRIP-REF referans tasarımı, endüstriyel EtherCAT, IO-Link veya RS-485 iletişimini destekleyen donanım tabanlı saha odaklı kontrolü (FOC) ve üç iletişim portunu entegre eder. Referans tasarımı Maxim Integrated'in endüstriyel sınıfını içerir MAX22000 yüksek hassasiyetli yapılandırılabilir analog giriş/çıkış ve MAX14906 Trinamic'in çoklu modlarını ayarlamak için dört kanallı dijital giriş/çıkış TMCM-1617 tek eksenli servo sürücüsü.

Trinamic, motor kontrol algoritmalarının yanı sıra protokol yığınları sağlayan tam entegre, akıllı donanım platformu sayesinde tasarımın robotik tutucuların boyutunu 3 kat küçülttüğünü ve geliştirme süresini yarı yarıya azalttığını söyledi. Donanım tabanlı FOC, yazılımla yapılandırılabilir girişler/çıkışlar ve üç iletişim protokolü yığınından oluşan tüm bu özellikler, 4,197 mm boyutunda kompakt bir çözüm boyutuna sığar².

Verimli Güç Dönüşümü (EPC) hakkındaGaN Systems Inc.Infineon TechnologiesNexperiaON SemiconductorGüç EntegrasyonlarıTexas InstrumentsTRINAMIC