- GaN, kylantis kaip RF galios puslaidininkių medžiagos pasirinkimas
- Galimi iššūkiai, ribojantys radijo dažnių puslaidininkių ilgį EV ir HEV
- Pakuotės iššūkiai pritraukia dėmesį
- Geresnė WBG ateitis - ar yra?
- Kokie yra pramonės elgesio modeliai
- RF energijos puslaidininkių paklausa Azijos ir Ramiojo vandenyno regione išaugs
Nors nuolat didėjantis 5G diegimas ir didėjantis vartotojų elektroninių prietaisų pardavimas daugiausia sukurs palankią aplinką radijo dažnių puslaidininkių paklausos augimui, automobilių pramonė taip pat išlieka viena iš pagrindinių vartotojų RF srities modulių sričių.
Šiuo metu automobilių pramonėje vyksta dinamiška elektros ir skaitmeninė revoliucija. Didėjantis transporto priemonių skaičius yra elektrifikuojamas, autonomiškas ir paruoštas prijungti. Visa tai lemia didėjančia energijos vartojimo efektyvumo svarba ir paspartins automobilių pramonės pertvarką įvairiais būdais. Tačiau svarbus aspektas, kuris išliks labai svarbus šiai transformacijai pasiekti, yra radijo dažnių puslaidininkis, nes jis suvaidino pagrindinį vaidmenį įgalinant EV ir hibridinius EV (HEV).
Dalyvaudami pramonėje vykstančiame „nulinės emisijos“ poslinkyje, pirmaujantys pasaulio automobilių gamintojai dėjo daug pastangų įgyvendindami savo transporto priemonių elektrifikavimo projektus. Tyrimais pagrįstos prognozės rodo, kad dauguma originalios įrangos gamintojų aiškiai stebi EV ir HEV tikslus , kurie turi būti pasiekti 2025 m. Šis scenarijus akivaizdžiai sufleruoja reikšmingas labai efektyvių radijo dažnio puslaidininkių, kurie efektyviai veiktų esant aukštai temperatūrai, galimybes. Taigi RF maitinimo modulių gamintojai nuolat sutelkia savo dėmesį į produktų, pagrįstų SiC (silicio karbidas), GaN (galio nitridas) ir WBG (plačiajuosčio tarpelio) technologijomis, kūrimą.
GaN, kylantis kaip RF galios puslaidininkių medžiagos pasirinkimas
Nepaisant daugybės mokslinių tyrimų ir plėtros pastangų, vyraujančių WBG puslaidininkių srityje, SiC variantas per pastaruosius metus išliko tradiciniu EV ir HEV pasirinkimu. Tačiau, kita vertus, SiC jau atėjo į brandos etapą rinkoje ir jį meta iššūkis kitoms konkuruojančioms technologijoms, kurios joje vis labiau įsitvirtina, ypač galios elektronikos ir kitų sudėtingų elektrinių ir hibridinių elektrinių transporto priemonių taikymo srityse.
Nors EV ir HEV paprastai naudoja SiC pagrindu pagamintus RF galios puslaidininkius, reguliuodami nuolatinės srovės / nuolatinės srovės keitiklius jėgainėje, pereinamasis laikas paprastai riboja jų perjungimo dažnius nuo 10 kHz iki 100 kHz. Šiuo metu beveik visi automobilių gamintojai visame pasaulyje deda pastangas kurdami radijo dažnių puslaidininkių GaN dizainą.
„GaN“ puslaidininkio įvedimas pažadėjo potencialiai įveikti šį ilgalaikį iššūkį, įgalindamas perjungimo laiką nanosekundžių diapazone ir veikiant net 200 ° C temperatūroje. Spartesnis GaN puslaidininkių funkcionalumas lemia aukštą perjungimo dažnį ir mažus perjungimo nuostolius. Be to, mažesnės galios elektroninis tūris reiškia sumažintą bendrą svorį, kuris vėliau palaiko lengvą ir efektyvesnį ekonomiškumą.
Keli tyrimai pasisako už de facto GaN pagrįsto puslaidininkio potencialą didelei galiai konvertuoti dideliu greičiu. Pereinama prie naujos galios elektronikos eros, kuri geriausiai papildytų EV ir HEV tikslą, pagrindinius GaN puslaidininkių medžiagų požymius, tokius kaip aukštesnis perjungimo greitis, aukšta darbo temperatūra, mažesni perjungimo ir laidumo nuostoliai, kompaktiško dydžio pakuotės ir galimos išlaidos konkurencingumą, GaN pagrindu veikiantys radijo dažnio puslaidininkiai ir toliau bus išdėstyti virš visų kitų
Galimi iššūkiai, ribojantys radijo dažnių puslaidininkių ilgį EV ir HEV
Nepaisant visų naujovių ir teigiamų rezultatų, patenkančių į rinkas, vis dar lieka keletas problemų, kaip kliūtys radijo dažnių puslaidininkių funkcionalumui elektromobiliuose. Galų gale vairuoti didelės galios komponentą per nanosekundes yra sudėtingas darbas ir kyla daugybė sunkumų, kuriuos dar reikia išspręsti. Vienas ryškiausių iššūkių yra įtampos reitingų gerinimas. Efektyvaus darbingumo padidinimas aukštesnėje temperatūroje, nekeičiant įprastų konstrukcijų, yra dar vienas svarbus iššūkis, kuris ir toliau fiksuoja mokslinių tyrimų ir plėtros interesus RF puslaidininkių erdvėje.
Faktas pakartotinai pabrėžia, kad elektrinių elektrinių modulių taikymas EV ir HEV yra labai sudėtingas ir jų veikimas priklauso ne tik nuo įtampos ir našumo pagrįstų naujovių. Nuolatinis struktūrinių ir konstrukcinių technologijų patobulinimų postūmis užtikrina hibridinių ir grynai / akumuliatorių turinčių elektrinių transporto priemonių radijo dažnių įrenginių ištvermę, patikimumą ir šiluminę varžą.
Pakuotės iššūkiai pritraukia dėmesį
Nors aplinkinių elektroninių dalių iškraipymas buvo dar vienas veiksnys, keliantis iššūkį RF puslaidininkių įtaisų tinkamumui EV projektuojant, EMC (epoksidinio liejimo junginio) puslaidininkių pakuotės pasirodė kaip labai pelninga tyrimų sritis, nes tai leidžia veikti netrikdant kaimyninių elektroninių komponentų.
Be to, nors perdaryti RF galios moduliai jau yra suvokiami kaip pagrindiniai artimiausios ateities planai, dar galima tobulinti šiluminio valdymo aspektus. RF puslaidininkių srityje pirmaujančios įmonės pabrėžia, kad reikia dėti daugiau pastangų, susijusių su pakuotėmis, kad būtų užtikrintas didesnis elektromobilių naudojimo patikimumas.
Geresnė WBG ateitis - ar yra?
SiC brandos ir įrodyto „GaN“ pranašumo fone rinka vis dėlto nesugeba išspręsti patikimumo problemų, susijusių su WBG, o tai ilgainiui riboja WBG tipo FR puslaidininkių skverbimąsi į rinką. Vienintelis būdas pasiekti tvirtesnių WBG tipo puslaidininkių yra gilesnis jų gedimo mechanizmų supratimas sunkiomis eksploatavimo sąlygomis. Ekspertai taip pat mano, kad WBG gali sulaukti brandos rinkoje be jokios konkrečios strateginės paramos, kuri atkurtų jų patikimumą tolesniam naudojimui.
Kokie yra pramonės elgesio modeliai
JAV įsikūrusi „Cree Inc.“ kompanija „ Wolfspeed“, kuri specializuojasi aukščiausios kokybės SiC ir GaN RF maitinimo produktuose, neseniai išleido naują produktą, kuris daugiau kaip 75% sumažina keitiklio nuostolius. Esant tokiam patobulintam efektyvumui, inžinieriai greičiausiai atras naujus parametrus, kurie būtų naujoviški akumuliatoriaus naudojimo, asortimento, dizaino, šilumos valdymo ir pakavimo požiūriu.
Elektrinių ir hibridinių elektrinių transporto priemonių inverterių aukštos įtampos grandinės generuoja daug šilumos, ir šią problemą reikia išspręsti efektyviu aušinimo mechanizmu. Tyrimai ne kartą rekomendavo, kad keitiklių dydžio ir svorio mažinimas yra raktas norint pagerinti automobilių komponentų aušinimą EV ir HEV.
Panašioje linijoje dauguma pramonės lyderių (pavyzdžiui, „ Hitachi“, Ltd.) išlieka orientuoti į keitiklio masę ir dydį, naudodami dvigubą aušinimo technologiją, kuri naudoja skysčius arba orą norimam aukšto slėgio aušinimui. įtampos RF maitinimo modulis. Toks mechanizmas taip pat padidina bendros konstrukcijos kompaktiškumą ir lankstumą, taigi ir pastangas sumažinti energijos gamybos nuostolius.
Nekantriai laukdami kompaktiško dizaino svarbos, kad padidintume radijo dažnių puslaidininkių pritaikomumą elektrinėse transporto priemonėse, tokie kaip „Mitsubishi“ itin kompaktiški „SiC“ keitikliai tampa pavyzdžiu. „Mitsubishi Electric Corporation “ ypač sukūrė šį ypač kompaktišką RF maitinimo produktą, skirtą hibridinėms elektrinėms transporto priemonėms, ir teigia, kad tai yra mažiausias pasaulyje tokio tipo SiC įrenginys. Sumažėjęs šio prietaiso pakavimo tūris transporto priemonės salone sunaudoja žymiai mažiau vietos ir taip pabrėžia didesnį degalų ir energijos vartojimo efektyvumą. Tikimasi, kad prietaisas bus parduodamas per ateinančius porą metų. Iš dalies remiama Naujosios energetikos ir pramoninių technologijų plėtros organizacijos (NEDO, Japonija), bendrovė taip pat netrukus pradės masinę itin kompaktiško SiC keitiklio gamybą.
Praėjusiais metais buvo pristatytas pirmasis šios srities revoliucinis programuojamas valdymo blokas (FPCU) kaip nauja puslaidininkių architektūra, kuri gali būti atsakinga už elektrinių ir hibridinių elektrinių transporto priemonių asortimento ir našumo didinimą. Šį RF puslaidininkinį įtaisą sukūrė Silicio mobilumas, įsikūręs Prancūzijoje, siekdamas, kad esamos EV ir HEV technologijos išnaudotų maksimalų potencialą. „Silicon Mobility“ gamybos partneris kuriant FPCU yra JAV įsikūręs puslaidininkių gamintojas - „GlobalFoundries“.
RF energijos puslaidininkių paklausa Azijos ir Ramiojo vandenyno regione išaugs
Kadangi pasaulis greitai pereina prie mažai anglies dioksido išskiriančių energijos šaltinių, kad būtų pasiektas efektyvus energijos vartojimas, pastangos mažinti anglies dvideginio išmetimą energiją taupančioms transporto priemonėms. Net jei masinė gamyba buvo pradėta vos prieš maždaug dešimtmetį, EV rinka jau lenkia įprastų transporto priemonių, veikiančių su ICE (vidaus degimo varikliu), rinką. Plėtimo buvęs norma yra pranešama beveik 10X kad vėliau ir link 2040 pabaigoje, daugiau kaip 1/3 RD iš visų naujų transporto priemonių pardavimo bus apskaitomas EVTP.
Naujausi Kinijos automobilių gamintojų asociacijos duomenys rodo, kad vien Kinijoje 2016 m. Buvo parduota daugiau nei pusė milijono EV, į kuriuos daugiausia buvo įtrauktos komercinės transporto priemonės ir autobusai. Nors ilgainiui Kinija išliks didžiausia EV rinka, visoje Azijos ir Ramiojo vandenyno regione EV gamybos lygis buvo pastovus aukštas.
Be žymiai klestinčios plataus vartojimo elektronikos pramonės, regione pastaruoju metu pastebimai pastebimas EV elektrinių rinkos augimas, taip sukuriant didelę galimybę prasiskverbti į radijo dažnių puslaidininkius, pageidautina, remiantis GaN.
Pasaulinis radijo dažnių puslaidininkių rinkos vertinimas yra maždaug 12 milijardų JAV dolerių (2018 m. Pabaigoje). Atsižvelgiant į proveržio galimybes, atsirandančias dėl 5G technologijos atsiradimo, plačios bevielio tinklo infrastruktūros ir IIoT (pramoninio daiktų interneto) technologijos pritaikymo, klestinčios vartotojų elektronikos srities perspektyvos ir augančių elektrinių transporto priemonių (EV) pardavimų, radijo dažnių puslaidininkių rinkos pajamos greičiausiai plėsis įspūdingu 12% sudėtiniu metiniu augimo tempu iki 2027 m.
Aditi Yadwadkar yra patyrusi rinkos tyrimų rašytoja ir daug rašė apie elektronikos ir puslaidininkių pramonę. „Ateities rinkos įžvalgose“ (FMI) ji glaudžiai bendradarbiauja su elektronikos ir puslaidininkių tyrimų komanda, siekdama patenkinti klientų poreikius visame pasaulyje. Šios įžvalgos pagrįstos neseniai FMI atliktu RF galios puslaidininkių rinkos tyrimu .