英領(lǐng)物聯(lián) | 功率半導(dǎo)體，推動轉(zhuǎn)換能量的“肌肉男”

前文提要

在英領(lǐng)物聯(lián)系列文章之三——《英飛凌微控制器，驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵“大腦”》一文中，我們介紹了英飛凌微控制器就是物聯(lián)網(wǎng)的大腦，負(fù)責(zé)各種“神機妙算”。

今天，我們繼“計算”之后、進(jìn)入“執(zhí)行”這一環(huán)節(jié)，看看英飛凌功率半導(dǎo)體為何是驅(qū)動和轉(zhuǎn)換能量的“肌肉男”。

英飛凌覆蓋物聯(lián)網(wǎng)的五個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：感知、計算、執(zhí)行、連接、安全

作為電能/功率處理的核心器件，功率半導(dǎo)體器件主要用于電力設(shè)備的電能變換和控制，典型的功能是在接收到微控制器的計算結(jié)果和指令后，進(jìn)行變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理，對設(shè)備正常運行起到關(guān)鍵作用。與此同時，功率半導(dǎo)體器件還具有綠色節(jié)能功能，在傳統(tǒng)工業(yè)制造、通信產(chǎn)業(yè)、新能源、電動和燃油車、智能電網(wǎng)等等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

英飛凌功率半導(dǎo)體,硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)一個都不能少

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，根據(jù)微控制器的“決策”，執(zhí)行機構(gòu)，也就是功率半導(dǎo)體，將控制信號轉(zhuǎn)化為行動——它們通常是機械動作，也可能是光和熱。這些行動將由功率半導(dǎo)體來執(zhí)行。英飛凌是業(yè)界領(lǐng)先的功率半導(dǎo)體單管和模塊供應(yīng)商，能提供優(yōu)化電力生產(chǎn)、傳輸、儲存和使用的技術(shù)。英飛凌也是目前市場上少數(shù)幾家能夠全面提供硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體的公司之一，能提供從毫瓦級到兆瓦級的具備卓越能效的解決方案。

在功率半導(dǎo)體器件中，IGBT是這一領(lǐng)域第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品，而英飛凌是全球排名第一的 IGBT 供應(yīng)商。IGBT模塊是電力電子行業(yè)的“CPU”，在講求高效率和節(jié)能的今天，作為能源轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵钠骷?，IGBT 廣泛應(yīng)用于家電、汽車、動車及高鐵等交通工具、工業(yè)發(fā)電、太陽能和風(fēng)能等再生能源的轉(zhuǎn)換等。

IGBT不斷升級換代

例如在新能源汽車領(lǐng)域，IGBT是一種技術(shù)含量高，設(shè)計制造難度大的零部件。為了提升續(xù)航里程，電動汽車車載電池越來越多，車身重量也不斷增加，為了避免小馬拉大車造成的動力不足，這就需要更高功率和可靠性的 IGBT 來做穩(wěn)定有力的驅(qū)動。

在去年舉辦的深圳國際電子展暨嵌入式系統(tǒng)展（ELEXCON 2021）上，英飛凌展出了一款中型純電動轎跑，它配備的主逆變系統(tǒng)就采用了英飛凌750V HybridPACK? Drive FS950R08A6P2B作為核心功率半導(dǎo)體器件，最高輸出功率可達(dá)200kW，為這款電動轎跑汽車提供了澎湃的動力輸出。但凡坐進(jìn)它的駕駛位，恐怕人人都有按捺不住想當(dāng)“車神”的沖動。

一張表看懂IGBT的前世今生

看到這兒，你大概會覺得IGBT已經(jīng)很強了吧？但且慢下結(jié)論，沒有最強，只有更強！英飛凌正通過碳化硅和氮化鎵技術(shù)，讓功率半導(dǎo)體變得更強！

碳化硅+氮化鎵讓功率半導(dǎo)體變得更強大

英飛凌科技還推出了一款采用CoolSiC? MOSFET技術(shù)的全新車規(guī)功率模塊——HybridPACK? Drive CoolSiC?。作為一款具有1200 V阻斷電壓、且適用于電動汽車牽引逆變器的全橋模塊，該產(chǎn)品采用汽車級CoolSiC溝槽柵MOSFET技術(shù)，適用于高功率密度和高性能的應(yīng)用場景。它將提高逆變器的效率，實現(xiàn)更高的續(xù)航里程并降低電池成本，特別適用于800V電池系統(tǒng)及更高電池容量的電動汽車。

英飛凌將第三代半導(dǎo)體材料碳化硅技術(shù)應(yīng)用到主逆變器，在基于800伏的系統(tǒng)下，可實現(xiàn) 7%以上的續(xù)航里程的提升，已經(jīng)得到了主車廠的認(rèn)可。目前國內(nèi)外超過20多家整車廠及Tier 1供應(yīng)商正在使用及評估英飛凌的SiC產(chǎn)品。而且，HybridPack? Drive CoolSiC?已經(jīng)在亞洲一家主要電動車廠家的逆變器系統(tǒng)中量產(chǎn)。

在工業(yè)領(lǐng)域的用電環(huán)節(jié)，英飛凌推出了以硅為材料的新一代IGBT器件IGBT7，其專為變頻工業(yè)驅(qū)動而設(shè)計，尤其適用于通常以中等開關(guān)頻率工作的工業(yè)電機驅(qū)動應(yīng)用。它不僅能夠滿足能效要求，而且可以降低系統(tǒng)成本。舉例來講，全球只要有一半的工業(yè)驅(qū)動擁有電動調(diào)速技術(shù)，就可以節(jié)省多達(dá) 20% 的能源，或減少 1700 萬噸二氧化碳排放。

英飛凌在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的另一大“殺器”是氮化鎵（GaN），這種材料的研究與應(yīng)用是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點，也是第三代半導(dǎo)體材料的一種。與硅材料相比，氮化鎵具有多種基礎(chǔ)優(yōu)勢特性，它具有高臨界電場，尤其適用于功率半導(dǎo)體器件，同時相較于硅MOSFET，氮化鎵器件具備出色的動態(tài)特征導(dǎo)通電阻且電容更低，這些特性讓 GaN HEMT 成為高速開關(guān)應(yīng)用的理想之選。

英飛凌CoolGaN? IPS 產(chǎn)品

氮化鎵器件不僅可降低耗電和總系統(tǒng)成本，還能提高工作頻率、功率密度以及系統(tǒng)整體效率，正日益受到充電器市場和廠商的重視。自2018年起，英飛凌的氮化鎵開關(guān)管的產(chǎn)品就已實現(xiàn)量產(chǎn)，在通訊和服務(wù)器領(lǐng)域持續(xù)、穩(wěn)定地為客戶提供電源支持。

大功率、高功率密度、通用性（如Type-C）以及合適的成本是未來充電器市場的主要發(fā)展方向，也是英飛凌作為半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商所致力于切入和配合的市場需求。英飛凌推出的65W 氮化鎵（GaN） USB-PD 充電器也具備單位功率密度更高的特點，可以實現(xiàn)大功率電源的小型化和輕薄化。通過在超小的體積上實現(xiàn)大功率輸出，這將有助于改變行業(yè)設(shè)計制造方案和消費者的使用習(xí)慣。

讀完這篇文章，是不是有些燒腦？其實你只需要記住這句話：

功率半導(dǎo)體是驅(qū)動和轉(zhuǎn)換能量的“肌肉男”，沒有它，設(shè)備都無法正常運轉(zhuǎn)；沒有它，節(jié)能環(huán)保也是一種奢望。它本身也處于不斷進(jìn)化之中，從硅（Si）到碳化硅到氮化鎵，材料的升級換代讓它越來越強！

下一期，我們將深入物聯(lián)網(wǎng)的“互聯(lián)”層面，認(rèn)識一下英飛凌的產(chǎn)品與方案如何涵蓋幾乎所有的連接場景，真正實現(xiàn)無處不在、無時不有的網(wǎng)絡(luò)連接。