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电源设计控必须了解的2017三大趋势

来源:admin      发布时间:2017-09-18     

      需求往往是推动创新的源泉,无论是时尚、金融亦或是我们熟悉的电源领域都存在这样的现象。抓住了用户需求,潜在的创新动力才会被激发,也只有适应需求的创新才是最具生命周期的。2017年电源需求在哪?创新着力点在哪?中国电源市场未来需求有多大?据专业调研机构的最新数据表明:中国电源市场在2017-2020年将继续保持稳步的增长速度,到2020年,中国电源市场的规模将达到2567亿元。

 

  2017-2020年中国电源市场规模走势

  面对每年2000多亿的电源市场“大蛋糕”,上游厂商不断推陈出新,以适应持续变化苛刻的设计需求;下游设计则呈现多元化发展。诸如数字控的支持者认为:数字电源较模拟电源适应性强、更灵活,未来会不会是一边倒的趋势呢?出于对高效率与低耗能电源的需求,材料控的支持者对氮化镓 () 和碳化硅 () 开关器件等宽带隙 (WBG) 器件充满信心,但谈及价格又有些神伤……

  数字控:电源管理IC厂商竞相排兵布阵

  尽管模拟电源解决方案的成本、性能(如负载变化时的电源响应时间)、占板面积等指标都优于当前的数字电源解决方案,但对于期待创新的开发人员来说,它完全是一种固定模式的黑盒应用,抑制了开发人员发挥创造力的激情。

  数字电源正是为了克服现代电源的复杂性而提出的,它实现了数字和模拟技术的融合,提供了很强的适应性与灵活性,具备直接监视、处理并适应系统条件的能力,能够满足几乎任何电源要求。数字电源还可通过远程诊断以确保持续的系统可靠性,实现故障管理、过电压(流)保护、自动冗余等功能。目前,模拟技术+DSP/MCU正成为数字电源的主要趋势。

  而来自调研机构的报告显示,预计2017年全球数字电源市场营业收入将增至124亿美元,数字电源IC市场将达到26亿美元。数字电源市场以服务器和通信设备应用为主导,同时拓展至其他更多应用领域,犹如星火燎原之势。

  数字控的忠实拥护者之所以采用数字电源管理,是因为数字电源能提供有关电源系统的准确信息,而且能轻而易举地自主控制和监察几十个电压。制造商为专门市场提供定制和经济实惠的器件,这使新手和经验老道的数字电源设计者都可以轻松使用。凌力尔特(慕尼黑上海电子展展位号E4.4401)最近提供的多节电池监视器LTC2944就是其中之一。

  LTC2944可用来直接测量 3.6V 至 60V 的电池组。电源和测量引脚上绝对不需要电平移位电路以连接多节电池电压,因此最大限度减小了总电流消耗,同时保持测量准确度。LTC2944 是一款真正的高压电池监视器,能够以 1% 的准确度测量电荷、电压、电流和温度,要准确地评估电池电荷状态 (SoC),这些参数是必不可少的。

  适合多节电池系统的 60V 电池监视器

  无线控:拒绝束缚,我的电源我做主

  数字电源满足了设计工程师对灵活、智能的方便电源管理需求,而无线电源的出现,则让用户摆脱了线缆的束缚,提供更多的生活便利性。

  来自专业机构的预测:到2018年,全球无线电源接收器出货量将达到10亿颗。全球领先的半导体供应商ST意法半导体通过内置收发器提供整体解决方案,支持Qi、PMA等多个工业标准和终端电源规范标准,其中包括物联网产品、手机、可穿戴设备、电动工具、汽车级和医疗级电源等。

  意法半导体不久前推出的STWBC-WA充电发射控制器配合STWLC04无线充电接收器,采用比市面上其它无线充电芯片组所用线圈更小的线圈,在接收端只使用11mm直径的线圈,在发射端使用20mm线圈,可以传输高达1W的电能,让应用设备的外观尺寸变得更小、更纤薄。如果在发射端使用大线圈和全桥电路,输电能力可提高到 3W。因为不再需要传统充电接口,无线充电可以简化外壳设计和密封技术,防止尘土或水汽进入机器内部。

  STWBC-WA充电发射控制器配合STWLC04无线充电接收器

  材料控:的共舞

  另外,值得关注的是,随着全球节能环保意识抬头,电源产业开始投入提高产品效率、降低功耗以及减少材料使用的技术开发,加上电动车、再生能源以及各种能源传输与转换系统不断要求高效率与低耗能设计,使得性能更加优异的等高规格功率元件有了用武之地。

  为了实现高效率的能源传输与利用,这些高性能功率元件在能源转换中扮演着重要角色。传统硅基(Si-based)材料由于无法提供较低导通电阻,因而在电力传输或转换时导致大量能量损耗。SiC元件则由于具备高导热特性,加上材料具有宽能隙特性而能耐高压与承受大电流,更符合高温作业应用与高能效利用的要求。

  一直以来在SiC功率器件领域处于业界领先地位的罗姆半导体,其第2、3代SiC-MOSTET、全SiC功率模块产品具有具有高速开关、低开关损耗、高速恢复、消除寄生二极管通电导致的元件劣化问题等特点。

  罗姆全SiC功率模块

  虽然SiC优点满满,但相比Si产品,SiC市场目前的规模还不到Si的10%。为何?罗姆半导体(深圳)有限公司分立元器件部高级经理水原德健曾指出,最大的局限性是价格较高。为了降低成本,需要几个方面的改进:第一是在开发上,尽量把晶圆做得更大,因为晶圆越大,每个晶圆上可以取得的die/chip(籽片/芯片)也就越多,浪费的地方也会越少;第二是提高工厂的生产效率,SiC的生产时间很长,因为SiC是Si加上C,生产时间大约是普通Si的6倍;第三,希望市场上的用量加大,用量越大,单价才会降下来。

  2017年,SiC的市场价格降下来了吗?它在第一大应用太阳能PV(光伏)逆变器以及火热的新能源汽车(EV/HEV)市场表现如何?

  相较于SiC,GaN功率元件算是后起之秀。但目前已广泛应用于LED照明,并在无线应用中发挥越来越重要的作用。基于GaN的开关功率晶体管可实现全新电源应用,与Si晶体管相比:在高压下运转时,性能更高,损耗更低;GaN的高频操作特性可以在保持高效率的同时提高性能。这些优点使得GaN将首先在更高性能电源设计中占据一席之地,以满足客户对更高效电源转换方面的发展前景一定能够满足这方面的要求。

  据调研机构Yole的预测GaN功率市场迈向整合,准备迎向巨大成长。“GaN元件市场可望在2020年达到6亿美元的规模,届时将需要制造58万片6寸晶圆。此外,GaN市场将于2016年起迅速发展,伴随电动车(EV)/油电混合车(HEV)将在2018-2019年开始采用GaN,2020年以前估计可实现80%的CAGR成长。

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