EV דו"ח מיוחד: חדשנות רכב spurs רחב bandgap מוליך למחצה אימוץ

'전기차 시대의 시작' 기아차 니로 EV 시승 라이브 (יולי 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

הגדלת אימוץ רחב bandgap והתקדמות הטכנולוגיה drietrain להגדיל את טווח הכונן - ולשפר את הביצועים - על ידי הפחתת גודל מערכת החשמל ומשקל

על ידי Maximilian Teodorescu, AspenCore מנהל תוכן
השילוב של מוצרי האלקטרוניקה עם מכוניות הפך את המוליכים למחצה של הרכב לאחד מקטעי השבבים המהירים ביותר בין השנים 2002 ו -2012. השוק עמד על 8% צמיחה שנתית, ל -24 מיליארד דולר, לפני שהשיעור הלך והתדרדר, כאשר מספר יחידות המיחזור למכוניות צומח בסביבות 100, מקינזי ושות ' דיווח. עכשיו, בתגובה על חששות סביבתיים גוברת, יצרניות הגדולות מתכוננים לשלב מודלים מבוססי דלקים מאובנים ולהמיר שורה חשמלית בעשורים הקרובים - כמה כבר 2019 . יצרני שבבי כלי רכב מגבירים את הגל החדש של הצמיחה מחשמל של drivetrain ואת תוספת של מודיעין רכב נוסף.

"Driveetrain היא ההזדמנות הגדולה הבאה" עבור מוליכים למחצה המבוססים על סיליקון, כמו גם חלופות רחב bandgap כגון גליום ניטריד סיליקון קרביד, אמר ג 'ף Casady, פיתוח עסקי ומנהל התוכנית ב וולספיד, ספקית של כוח גן ו SiC ו- RF התקנים. "כלי רכב חשמליים, באופן כללי, רק מתעוררים עכשיו, אז זה כל הסיליקון, אבל זה כל נפח נמוך. כאשר נפח מתחזק, זה שוק די גדול.

"באירופה, אתה רואה במיוחד את יצרני OEM מחויבים באמת EV, שבו לפני 4-5 שנים זה היה סוג של חידוש", הוסיף קאסאדי, רמז על התחייבויות של מדינות כמו נורבגיה והולנד כדי לבלות את fusil-fue אני מבוסס לחלוטין על ידי 2025 כלי רכב.

הזדמנויות עבור שבבים שאינם מסורתיים
על פי דוח של מקינזי לשנת 2016, כלי רכב חשמליים מלאים ייצגו פחות מ -1% ממכירות רכבים חדשים ב -2016, אך נתון זה עשוי לעלות ל -5% -10% עד 2020. העלייה בפריסת ה- EV עלולה לעודד את הצמיחה הגדולה ביותר ב שבבי הרכב במשך עשר השנים הבאות, יצירת הזדמנויות צמיחה עבור חברות המוליכים למחצה שאינם ספקי הרכב באופן מסורתי.

בשנת 2013, מנועים עבור 30% מכלל התוכן של המוליכים למחצה במכונית, עם EVs המכילים יותר מ -1, 000 דולר של האלקטרוניקה drietrain לעומת 100 $ בממוצע על ידי fueltrains בעירה פנימית. הצופים בשוק מצפים לצמיחה נוספת במוליכים למחצה המוליכים למחצה - ועלייה בתכולת השבב של כלי הרכב - כאשר EVs הופכים מורכבים יותר ויותר, מאמצים חזון מכונה, GPUs, DRAM ופלאש NAND כהכנה לקראת הגעת הרכב הצרכני.

הרחבת השימוש של מכוניות היברידיות ו EVs יוצרת הזדמנות עבור ספקי מוליכים למחצה לא מסורתיים כדי לזכות בנתח השוק במגזר אחר שמרני. יצרניות נדירות לשנות ספקים עבור האלקטרוניקה השליטה שלהם כוח drivetrains, אבל את העיצוב הבסיסי של drivetrain אלקטרונית היא עדיין מתפתחת עם כל דור, כמו יצרנים מחפשים דרכים לדחוף את הגבולות של יעילות צריכת החשמל מעבר לזה של מוליכים למחצה סיליקון.

"לפני כחמש שנים, טענו כמה יצרני שבבים כי כוח MOSFETS המבוסס על סיליקון מסורתי פגע בקיר, מה שהביא את הצורך בטכנולוגיית טרנזיסטור כוח חדשה", כותב מארק לפידוס, עורך בכיר בתעשייה ב- SemiconductorEngineering.com. ככל שהחוק של מור מתקרב לסופו, יצרני רכיבים אלקטרוניים מחפשים מעבר ל MOSFET של הסיליקון לטרנזיסטורים דו קוטביים מבודדים (IGBT) ומוליכים-למחצה רחבים, כגון גליום ניטריד גבוה (GaN) וגז סיליקון קרביד (SiC) MOSFETs .

למה מוליכים למחצה רחב bandgap?
מוליכים למחצה מורכבים כמו גן ו SiC מתעוררים כמו פתרונות מעשיים לטיפול החלפת חשמל ב drivetrain חשמלי. חומרי רוחב רחב בעלי רוחב פס גדול יחסית מאשר מוליכים למחצה מסורתיים, כלומר, האנרגיה הדרושה לאלקטרון לקפוץ ממרומי רצועת הערכיות ללהקה התחתונה גדולה מ -1 או 2 אלקטרונים-וולטים. הסיליקון, למשל, יש bandgap של 1.1 eV, בעוד גן ו SiC יש פערים גדול מ 2 eV . כתוצאה מכך, שבבים כוח גן ו SiC הם עמידים יותר, הפועלים במתח גבוה, תדרים, טמפרטורות; לעבור הרבה יותר מהר מאשר התקנים מוליכים למחצה קונבנציונאלי; ולחסל עד 90% של הפסדי חשמל.

בתחזיות השוק של מכשירי חשמל בדידים דרך 2024, Lux Research תחזיות כי הסיליקון יהיה להחזיק את נתח הארי של השוק, ב 87 אחוזים, אבל גן ו SiC יגדל בקצב מהיר יותר על פני תקופת התחזית. המחקר לוקס משווק סך של 23 מיליארד דולר עבור discretes חשמל בשנת 2024, עם קטע התחבורה גדל ל כמעט 1.2 מיליארד דולר, בעיקר מונע על ידי הביקוש התקנים גן ו SiC. "תחבורה משתמשת בחשבון עבור 65% מכלל השוק עבור SiC ו 41% מכלל השוק עבור גן", על פי המחקר.

מוליכים למחצה רחבים במיוחד מתחרים על יישומי הספק בטווח של 600 עד 1, 200-V, ואילו MOSFETs כוח מסורתיים נשארים דומיננטיים עבור עיצובים ב 10 ל 500 V. לדוגמה, מכשירי 600-V של גן Transform בע"מ להתחרות IGBTs, MOSFETs, ואפילו מכשירים SiC, כמו SiC מרחיב את הטווח שלה עד 650 V, אמר פיליפ Zuk, מנהל בכיר של שיווק טכני עבור גן ב Transphorm.

עד לאחרונה, "1, 200-1, 700 (V) נחשב מתח בינוני (עבור SiC), אבל עכשיו אנחנו מתחילים לראות ספקים כמו Wolfspeed לרדת ל 900 V, ו Rohm הוא כבר עד 650 V. אז, עבור גן, מה שאנחנו רואים הוא יותר תחרות עם SiC היום מאשר עם ספקי גן אחרים ", אמר Zuk. SiC יש מוליכות תרמית טובה יותר מאשר גן בסביבות 900 V; גן יש את היתרון ביצועים במתח נמוך כוח גבוה, יתרון העלות בכל המתחים.

מספר התקנים לבחירה
מהנדסי תכנון חייבים לשקול מספר גורמים בעת הערכת שבבי חשמל, כולל מתח, זרם, מהירות מיתוג, עומס, טמפרטורה ועלות אימוץ מוקדם. זה נושא בחשבון כי מוליכים למחצה רחב bandgap הם יקרים יותר מאשר סיליקון, ואת ההכנסות הנובעות משוק הרכב מציגה איטי הרמפה- up אבל מחזור חיים ארוך. "המאמצים המוקדמים לא יראו הכנסות של עד חמש שנים, אבל שוק הרכב יהיה השוק הגדול כי כולם עובדים על מכוניות חשמליות", אמר צוק. "בינתיים, SiC הוא רק מתחיל לחדור את שוק הרכב."

הוא הוסיף, "אם אתה מסתכל על הרכב, הטכנולוגיה גן יכול לפעול במטען המשולב, AC / DC המשולב המטען, AC / DC עזר מהפך, DC / DC מודול כוח עזר, תחנת טעינה AC. עבור גן היום, זה המקום שבו אנו מתמקדים. המתיחה אינה אפליקציה עבור גן היום, אבל אנחנו עובדים על טכנולוגיה שעשויה לחול על מנועי מהפך בעתיד ".

תמונה באדיבות Transphorm
ישנם תחלופות אחרות בין טכנולוגיות המוליכים למחצה המתחרות. לעומת MOSFETs כוח סטנדרטי, אשר נמצאים בשימוש נרחב ביותר במתח נמוך, superfunction MOSFETs פונקציה מ 500 V ל 900 V. לעומת זאת, IGBTs, משמשים 400-V עד 10-kV יישומים יכול לחסום מתחים גבוהים. החיסרון הוא כי התקני הסיליקון מוגבלים על ידי כמה מהר הם יכולים לעבור תוך מתן הפסדים הולכה נמוכה על המדינה, ובכך מחייבת שיטות ניהול תרמי יקר והגבלת כוח מערכת ההמרה יעילות. בכמה יישומים מיתוג קשה, IGBTs מבוססי סיליקון קרוב להתקנים של גן ו- SiC, אך הם נושאים עלות ייצור נמוכה יותר.

על פי מאמר לבן של סטיב טרנוביץ ', עורך טכני בכיר של אנלוגי וכוח, SiC MOSFETs בעל פס רחב של 3.3 eV, וכתוצאה מכך הפסדי מיתוג נמוכים מאוד, אשר מגדילים את היעילות ומאפשרים תדירות גבוהה יותר. בנוסף, מקדם הטמפרטורה החיובי של SiC MOSFETs מתיר התאמה קלה להשגת זרמים תפעוליים גבוהים יותר. SiC מציגה 10 פעמים את שדה התמוטטות ואת שלוש פעמים את מוליכות תרמית של MOSFETS סיליקון, מוליכות תרמית טובה יותר מאשר גן ב 900 V, ואילו גן יש יתרון ביצועים במתח נמוך כוח גבוה, יחד עם יתרון העלות על פני כל המתחים.

"מה גן מציעה יעילות גבוהה כי זה עובר הרבה יותר מהר מאשר סיליקון, " אמר Zuk של Transform. "כאשר אתה עובר מהר יותר, אתה יכול לרוץ בתדירות גבוהה יותר, וכי מכווץ את כל המגנטיות שלך, הגדלת צפיפות הספק. התוצאה היא יישום קטן יותר ומוצר קטן יותר. " TPF3205WSBQA של טנספורם, FN -650 בגודל 49-mΩ גן, הוא הפתרון הראשון בתעשייה של גאן כדי להרוויח את ההסמכה AEC-Q101 הנדרשת כדי לספק את תעשיית הרכב, על פי Zuk.

תמונה באדיבות Transphorm

בסופו של דבר, חדירה רחבה בשוק bandgap נשאר מותנה EV ו היברידי שוק הרכב אימוץ שיעורי. אבל כמו בלומברג ניו אנרגיה תחזיות האוצר, חדש EV- שיעורי המכירות יכול להגיע גבוה ככל 54% של כל מכונית חדשה במכירות על ידי 2040, עם 33% מכלל automakers את כל שורות להיות חשמל. Wide bandgap Semis לאפשר מעצבי רכב כדי להגביר את היעילות driveetrain ולהפחית משקל, ובכך להקל על בעיות חרדה טווח.

"שיפור היעילות של 5% עד 10% ניתן לראות 5% עד 10% של עלות הסוללה, או הרחבת טווח ב 5% עד 10%", אמר וולספיד של Casady.

קרא את הדוח המלא EV EV כאן .