Hội nghị APEC: WBG và sức mạnh công nghiệp được chú ý

Các phiên họp kỹ thuật tại Hội nghị & Triển lãm Điện tử Công suất Ứng dụng (APEC 2021) đã phản ánh các xu hướng năng lượng chính trong các ngành: nhu cầu về hiệu suất cao hơn, quản lý nhiệt được cải thiện và thu nhỏ. Những yêu cầu này được áp dụng trong các ngành công nghiệp - ô tô, công nghiệp, thiết bị di động, trung tâm dữ liệu và năng lượng tái tạo.

Để đáp ứng những thách thức này, các nhà thiết kế năng lượng đang chuyển sang sử dụng chất bán dẫn băng rộng (WBG), được đánh dấu bởi một số thiết bị WBG được trưng bày tại triển lãm. Các thiết bị WBG, cả silicon carbide (SiC) và gallium nitride (GaN), là một phân khúc đang phát triển của thị trường thiết bị điện. Những thiết bị này mang lại những lợi thế vốn có so với silicon, bao gồm băng thông cao hơn và suy hao dẫn điện thấp hơn, tìm nhà trong xe điện (EV), viễn thông và năng lượng tái tạo.

Đồng thời, ngày càng có nhiều nhu cầu về các thiết bị điện đáp ứng môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Nhiều thiết bị trong số này tập trung vào việc cải thiện hiệu quả tổng thể và giảm không gian bảng.

Dưới đây là danh sách các thiết bị điện được trưng bày tại APEC 2021.

Thiết bị WBG

SiC công nghệ đang xâm nhập sâu vào lĩnh vực xe điện nhờ một số ưu điểm so với silicon, bao gồm khả năng chuyển mạch tốt hơn và hiệu suất nhiệt được cải thiện, mang lại hiệu suất cao hơn, mật độ năng lượng cao hơn và kích thước nhỏ hơn. Một trong những thiết bị SiC mới nhất dành cho xe điện đến từ ON Semiconductor. Công ty đã giới thiệu một số Giải pháp SiC, bao gồm 650-V SiC mosfet và MOSFET SiC kênh N 1,200-V và 900-V. Công ty cũng đã tổ chức một số hội thảo về sạc điện trên xe điện.

Hai trong số BẬT SemiconductorCác sản phẩm SiC mới nhất của nhắm vào xe điện là 1,200-V SiC mosfet mô-đun hai gói. Các mô-đun này, dựa trên công nghệ phẳng, có thể điều khiển Vôn khoảng 18–20 V. Các thiết bị này dễ dàng điều khiển với điện áp cổng âm, công ty cho biết.

Được thiết kế cho các ứng dụng trạm sạc EV và được định cấu hình như một nửa cầu hai gói, NXH010P120MNF1 là một thiết bị 10 mΩ được đặt trong một gói F1, trong khi NXH006P120MNF2 là một thiết bị 6 mΩ trong một gói F2. Các gói có các chốt phù hợp với máy ép, làm cho chúng cũng phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp.

Các mô-đun SiC MOSFET cũng có một điện trở nhiệt hệ số nhiệt độ âm (NTC) nhúng để theo dõi nhiệt độ. Ngoài sạc EV, các thiết bị này có thể được sử dụng trong bộ biến tần năng lượng mặt trời, nguồn cung cấp điện liên tục và hệ thống lưu trữ năng lượng.

Trong khi công nghệ SiC đang phát triển mạnh trong các thị trường xe điện, nhiều thiết bị WBG được trưng bày tại APEC dựa trên công nghệ GaN. Thiết bị GaN cung cấp một số lợi ích so với silicon, bao gồm kích thước nhỏ hơn, độ dẫn nhiệt cao hơn và hiệu quả cao. Dưới đây là một vài ví dụ từ Chuyển đổi năng lượng hiệu quả (EPC), Hệ thống GaN, Nexperia, Tích hợp năng lượng và Texas Instruments.

EPC trưng bày các bóng bán dẫn hiệu ứng trường dựa trên GaN ở chế độ nâng cao mới nhất (eGaN FETs) và IC cho tính toán mật độ công suất cao, ô tô, di động điện tử và rô bốt. Công ty cũng tổ chức một số buổi kỹ thuật có các FET và IC eGaN của mình.

Các sản phẩm mới bao gồm các sản phẩm phân phối điện bus 48-V như EPC9137, 1.5 kW hai pha 48 đến 12 V hai chiều chuyển đổi hoạt động với hiệu suất 97% trong một khoảng cách rất nhỏ. Bộ chuyển đổi EPC9137 DC / DC được cho là nhanh hơn 3 lần, nhỏ hơn và nhẹ hơn 35% với hiệu suất cao hơn 1.5% so với các giải pháp silicon MOSFET.

EPC cũng cung cấp một bảng demo có thể mở rộng cho phép hai bộ chuyển đổi song song để đạt được 3 kW hoặc ba bộ chuyển đổi song song để đạt được 4.5 kW. Bo mạch có bốn FET eGaN EPC2206 100-V và được điều khiển bởi một mô-đun bao gồm bộ điều khiển kỹ thuật số 33-bit Microchip dsPIC256CK503MP16.

EPC eGaN FETs có thể hoạt động với hiệu suất 97% ở tần số chuyển mạch 250 kHz, cho phép 800 W / pha so với các giải pháp dựa trên silicon, EPC cho biết. Ngoài ra, công ty cho biết thêm, có thể giảm số pha từ năm xuống bốn pha đối với bộ chuyển đổi 3.5 kW trong khi tăng hiệu suất.

Công ty cũng đã công bố việc mở rộng danh mục đầu tư eGaN FET 80-V và 200-V. Điều này bao gồm EPC2065 và EPC2054 eGaN FET.

GaN Systems đã giới thiệu các giải pháp dựa trên GaN gần đây nhất của mình cho một loạt các ứng dụng, từ bộ sạc điện thoại di động và máy tính xách tay cho đến xe điện. Một giải pháp là thiết kế tham chiếu cho bộ chuyển đổi cộng hưởng 3 kW LLC dựa trên GaN mật độ cao, hiệu suất cao (GS-EVB-LLC-3KW-GS), nhắm mục tiêu các ứng dụng trung tâm dữ liệu, viễn thông và cung cấp điện chế độ chuyển mạch công nghiệp (SMPS). Thiết kế bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC toàn cầu, tích hợp công ty Bóng bán dẫn chế độ điện tử 650-V, vượt quá tiêu chuẩn 80 PLUS Titanium cho các bộ cấp nguồn, đạt được mật độ công suất cao (AC / DC PSU) trên 100 W / in.³ và hiệu quả cao hơn 96%.

GaN Systems cũng đã giới thiệu một số sản phẩm sạc tiêu dùng, bao gồm Bộ sạc PD GaN thông minh USB-C kép 100 W và các ví dụ về hiệu quả cao QR 65-W dựa trên GaN và Kẹp hoạt động 65-W flyback (ACF) bộ sạc. Đối với ô tô, công ty đã nhấn mạnh bóng bán dẫn 650-V, 60-A cấp ô tô, đáp ứng các yêu cầu về công suất cao, tổn thất thấp và độ tin cậy cao.

Nexperia nhấn mạnh dòng sản phẩm GaN FET mạnh mẽ của mình, tập trung vào các thiết bị 650-V, cùng với bao bì gắn trên bề mặt CCPAK. Một số sản phẩm mới nhất bao gồm thế hệ thứ hai của nó Dòng thiết bị GaN FET điện 650-V, nhắm mục tiêu máy chủ và nguồn cung cấp điện viễn thông.

Các FET 650-V GaN đáp ứng 80 PLUS cấp nguồn Titanium (AC / DC và DC / DC công nghiệp SMPS một pha) hoạt động ở công suất 2 kW đến 10 kW, với R_{DS (trên)} xuống đến 35 mΩ (điển hình). Chúng cũng có thể được sử dụng trong biến tần năng lượng mặt trời và bộ truyền động servo trong cùng một dải công suất.

GaN FET công suất 650-V H2, được đặt trong bao bì TO-247, cung cấp độ co ngót 36% ở kích thước khuôn cho một R nhất định_{DS (trên)} công ty cho biết giá trị của sự ổn định và hiệu quả tốt hơn. Ngoài ra, cấu hình cascode giúp loại bỏ nhu cầu về trình điều khiển phức tạp, đẩy nhanh thời gian đưa ra thị trường.

Nexperia cũng cung cấp một phạm vi của các thiết bị GaN FET có công nghệ GaN HEMT H2 điện áp cao thế hệ tiếp theo, nhắm mục tiêu các ứng dụng ô tô, 5G và trung tâm dữ liệu. Các thiết bị được đặt trong tiêu chuẩn TO-247 và bao bì gắn trên bề mặt CCPAK độc quyền của công ty với một kẹp đồng.

Power Integrations tập trung vào các phiên họp APEC vào các giải pháp trình điều khiển động cơ BLDC, các công cụ tự động hóa thiết kế và các thiết bị PowiGaN. Một trong những thiết bị mới nhất trong họ thiết bị PowiGaN là InnoSwitch4-CZ IC chuyển đổi flyback với công nghệ GaN, nhắm đến một loại thiết bị sạc di động siêu nhỏ gọn mới.

Sản phẩm InnoSwitch4-CZ dòng IC chuyển mạch flyback tần số cao, không điện áp kết hợp công tắc chính 750 V sử dụng công nghệ PowiGaN của công ty và bộ điều khiển ACF tần số cao mới để tạo ra một loại bộ sạc siêu nhỏ gọn và siêu hiệu quả mới cho điện thoại , máy tính bảng và máy tính xách tay.

Bộ kết hợp kẹp chủ động InnoSwitch4-CZ và ClampZero cung cấp hiệu suất lên đến 95% và duy trì hiệu suất rất cao trên các biến thể về điện áp đường dây, tải hệ thống và điện áp đầu ra so với các phương pháp ACF cũ hơn, Power Integrations cho biết.

Cùng với một số phiên họp kỹ thuật, trong số các sản phẩm tiêu biểu mà Texas Instruments Inc. đã nêu bật tại APEC là GaN FET của nó. Tháng XNUMX năm ngoái, TI đã tuyên bố chiếc ô tô đầu tiên GaN FET với trình điều khiển tích hợp, bảo vệ và quản lý năng lượng tích cực cho các ứng dụng ô tô và công nghiệp. Mở rộng nó danh mục quản lý điện cao áp GaN FET, 650-V mới và 600-V GaN FET TI cho biết, cung cấp gấp đôi mật độ điện năng và đạt hiệu suất 99% so với các giải pháp hiện có.

Ngoài ra, khi kết hợp với các tính năng điều khiển nâng cao trong bộ vi điều khiển thời gian thực C2000, chẳng hạn như TMS320F2838x hoặc TMS320F28004x, LMG3522R030-Q1 GaN FET cho phép chuyển đổi tần số lớn hơn 1 MHz trong bộ chuyển đổi điện, giảm kích thước từ tính xuống 59% so với các giải pháp silicon và SiC hiện có, TI cho biết.

Với trình điều khiển cổng tích hợp 2.2 MHz chuyển đổi nhanh, GaN FET cũng tích hợp tính năng bảo vệ bên trong và cảm biến nhiệt độ, giúp giảm không gian bo mạch trong các thiết kế quản lý điện năng. Sự tích hợp này, cùng với mật độ công suất cao của công nghệ GaN độc quyền của TI, cho phép các kỹ sư loại bỏ hơn 10 thành phần thường được yêu cầu cho các giải pháp rời rạc, TI cho biết. Ngoài ra, mỗi FET 30 mΩ mới có thể hỗ trợ chuyển đổi công suất lên đến 4 kW khi áp dụng trong cấu hình nửa cầu.

TI cho biết GaN FETs dành cho ô tô có thể giúp giảm kích thước của bộ sạc EV trên bo mạch và bộ chuyển đổi DC / DC tới 50% so với các giải pháp silicon hoặc SiC hiện có, cung cấp cho EVs một dải pin mở rộng, tăng độ tin cậy của hệ thống và chi phí thấp hơn .

Đối với các ứng dụng công nghiệp, các thiết bị mới cho phép hiệu suất cao và mật độ điện năng cao trong các ứng dụng phân phối điện AC / DC, trong đó tổn thất thấp và không gian bo mạch giảm là rất quan trọng, TI cho biết. Các ứng dụng bao gồm nền tảng máy tính doanh nghiệp và siêu tốc cũng như bộ chỉnh lưu viễn thông 5G.

Điện công nghiệp

Infineon Technologies AG giới thiệu một loạt các giải pháp quản lý điện năng tại APEC năm nay, từ silicon đến các thiết bị WBG, bao gồm một loạt các ứng dụng từ máy tính và trung tâm dữ liệu đến năng lượng tái tạo và di động điện tử. Công ty cũng nêu bật dòng sản phẩm điều khiển động cơ và điện công nghiệp của mình.

Một trong những thiết bị mà Infineon giới thiệu là sự bổ sung mới nhất cho eiceDriver danh mục sản phẩm, 6EDL7141 IC điều khiển cổng ba pha để điều khiển động cơ tiên tiến trong các ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng chạy bằng pin. Với mục tiêu cung cấp mật độ công suất cao hơn và cải thiện hiệu suất hệ thống, giải pháp có thể lập trình cho các ứng dụng điều khiển động cơ nâng cao được đóng gói trong một VQFN 48 chân với kích thước 7 × 7 mm². Khi kết hợp với Infineon's cấp nguồn cho MOSFET, các thiết bị cung cấp một giải pháp hoàn chỉnh.

Các tính năng chính của EiceDRIVER 6EDL7141 bao gồm giao diện SPI cho cấu hình đầu ra ổ đĩa cổng, bộ nguồn tích hợp và máy bơm sạc kép để cung cấp cho tất cả các chức năng của hệ thống. Nhờ dải điện áp hoạt động từ 5.5 đến 60 V và dòng điện có thể cấu hình lên đến 1.5 A, thiết bị có thể điều khiển nhiều loại MOSFET. Nó cũng cung cấp cài đặt điện áp cung cấp trình điều khiển cổng có thể điều chỉnh giữa 7 V, 10 V, 12 V và 15 V.

Buck tích hợp điều chỉnh chỉ yêu cầu một bên ngoài tụ và Cuộn cảm Infineon cho biết để cung cấp năng lượng cho cả vi điều khiển và cảm biến Hall trong động cơ, điều này làm giảm không gian bo mạch và số lượng các thành phần bên ngoài cần thiết.

ON Semiconductor ra mắt một vài mô-đun nguồn tích hợp cho các ứng dụng công nghiệp. Hai cái mới tích hợp, bộ chuyển đổi-biến tần-hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) được thiết kế cho truyền động động cơ công nghiệp, truyền động servo và HVAC, nơi chúng được sử dụng để truyền động cơ cho các ứng dụng bao gồm quạt và máy bơm.

Sản phẩm NXH50M65L4C2SG và NXH50M65L4C2ESG là các mô-đun tích hợp nguồn được đúc theo khuôn truyền nhắm mục tiêu đến các ứng dụng công nghiệp chắc chắn với công suất đầu ra cao.

NXH50M65L4C2SG và NXH50M65L4C2ESG, dựa trên một oxit nhôm tiêu chuẩn (Al₂O₃) chất nền và chất nền có điện trở nhiệt thấp nâng cao, tương ứng chứa bộ biến đổi-biến tần-PFC mạch bao gồm một bộ chuyển đổi một pha với bốn bộ chỉnh lưu 75-A, 1,600-V. Biến tần ba pha (NXH50M65L4C2ESG) sử dụng sáu 50-A, 600-V IGBTs với điốt nghịch đảo và PFC xen kẽ kênh đôi (NXH50M65L4C2SG) tích hợp hai IGBT PFC 75-A, 650-V với điốt nghịch đảo và hai điốt PFC 50-A, 650-V. Một nhiệt điện trở NTC được nhúng để cho phép theo dõi nhiệt độ thiết bị trong quá trình hoạt động.

ON Semiconductor cho biết, nhờ mô-đun được lắp ráp sẵn và tối ưu hóa, các phần tử ký sinh rất nhỏ khi so sánh với các thiết kế dựa trên PCB rời rạc, cho phép dải tần số chuyển mạch PFC rộng từ 18 kHz đến 65 kHz.

ON Semiconductor cũng tuyên bố là bộ điều khiển PFC cực to đầu tiên của ngành cho các bộ nguồn ngoại tuyến mật độ cực cao. Các NCP1680 Bộ điều khiển PFC cực-dẫn-chế độ tới hạn sử dụng kiến ​​trúc giới hạn dòng điện mới và phát hiện pha dòng cùng với các thuật toán điều khiển đã được chứng minh.

Công ty cho biết bằng cách thay thế các điốt cầu chỉnh lưu bằng công tắc ở cấu hình cực totem và “kéo chức năng PFC tăng cường”, NCP1680 có thể giảm tổn thất cầu và cải thiện hiệu quả tổng thể, công ty cho biết. Ngoài ra, NCP1680 có thể hỗ trợ bất kỳ loại công tắc nào, bao gồm các MOSFET silicon siêu kết nối hoặc các thiết bị chuyển mạch WBG như thiết bị SiC hoặc GaN.

Thiết bị tích hợp có thể được sử dụng trong các thiết kế cung cấp điện cho 5G viễn thông, công nghiệp và máy tính hiệu suất cao hoạt động với nguồn điện chung (90–265 VAC) ở mức công suất được đề nghị lên đến 350 W. Ví dụ: với 230-VAC đầu vào chính, mạch PFC dựa trên NCP1680 có khả năng đạt hiệu suất gần 99% ở 300 W.

TI cũng giới thiệu một bộ điều khiển DC / DC tích hợp giúp giảm lượng khí thải dẫn và kích thước bộ nguồn trong các ứng dụng ô tô, công nghiệp và truyền thông. Công ty tuyên bố đây là những Bộ điều khiển DC / DC với bộ lọc EMI tích hợp (AEF) giúp các kỹ sư thiết kế các giải pháp cung cấp điện nhỏ nhất với nhiễu điện từ thấp (EMI). Ngoài AEF tích hợp, dòng bộ điều khiển DC / DC đồng bộ mới - LM25149-Q1 và LM25149 - kết hợp công nghệ trải phổ ngẫu nhiên kép, giúp giảm thiểu EMI.

Có một số kịch bản mà LM25149-Q1 và LM25149 Bộ điều khiển DC / DC giúp các nhà thiết kế cấp nguồn. Các thiết bị có thể cắt đôi diện tích của bộ lọc EMI bên ngoài và hạ thấp EMI dẫn điện của thiết kế nguồn xuống tới 55 dBµV trên nhiều dải tần hoặc đạt được sự kết hợp giữa kích thước bộ lọc giảm và EMI thấp, theo TI.

AEF tích hợp, bằng cách giảm bớt gánh nặng lọc cho các phần tử thụ động, làm giảm kích thước, khối lượng và chi phí của bộ lọc EMI thụ động, cho phép các kỹ sư đạt được thiết kế công suất EMI thấp nhỏ nhất có thể, TI cho biết. AEF tích hợp có thể giảm kích thước của bộ lọc EMI lên đến 50% về diện tích và 75% về âm lượng. Các bộ điều khiển buck cũng có tính năng đồng bộ hóa tần số với đồng hồ bên ngoài, giúp giảm EMI hơn nữa.

Các tính năng khác giúp tăng mật độ công suất bao gồm hoạt động pha kép xen kẽ và tích hợp diode khởi động, bù vòng và các thành phần phản hồi điện áp đầu ra. TI lưu ý rằng các kỹ sư có tùy chọn sử dụng phản hồi bên ngoài và bù vòng lặp để tối ưu hóa hơn nữa thiết kế của họ.

Điều khiển chuyển động Trinamic GmbH & Co. KG, hiện là một phần của Châm ngôn Integrated Products Inc., được giới thiệu trước APEC an thiết kế tham chiếu dụng cụ end-of-arm cho người máy công nghiệp và bộ điều khiển / trình điều khiển servo trục đơn có tích hợp điều khiển chuyển động.

Nguồn mở TMCM-1617-GRIP-REF thiết kế tham chiếu tích hợp điều khiển hướng trường dựa trên phần cứng (FOC) và ba cổng giao tiếp, hỗ trợ giao tiếp công nghiệp EtherCAT, IO-Link hoặc RS-485. Thiết kế tham chiếu có tính năng cấp công nghiệp của Maxim Integrated MAX22000 đầu vào / đầu ra tương tự có thể cấu hình chính xác cao và MAX14906 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số bốn kênh để điều chỉnh nhiều chế độ của Trinamic TMCM-1617 trình điều khiển servo trục đơn.

Trinamic cho biết thiết kế này thu nhỏ kích thước của bộ gắp robot xuống 3 lần trong khi giảm một nửa thời gian phát triển, nhờ vào nền tảng phần cứng thông minh được tích hợp đầy đủ cung cấp các thuật toán điều khiển động cơ cũng như ngăn xếp giao thức. Tất cả các tính năng này - FOC dựa trên phần cứng, đầu vào / đầu ra có thể định cấu hình phần mềm và ba ngăn xếp giao thức truyền thông - phù hợp với kích thước giải pháp nhỏ gọn có kích thước 4,197 mm².

về Chuyển đổi năng lượng hiệu quả (EPC) GaN Systems Inc.Infineon TechnologiesNexperiaON SemiconductorTích hợp năng lượngThiết bịexasTRINAMIC