Įvadas
Maitinimo technologija yra šiuolaikinių elektroninių prietaisų kertinis akmuo, o tobulėjant technologijoms, patobulintos energijos sistemos veikimo paklausa ir toliau auga. Šiame kontekste puslaidininkių medžiagų pasirinkimas tampa lemiamas. Nors tradiciniai silicio (SI) puslaidininkiai vis dar yra plačiai naudojami, kylančios medžiagos, tokios kaip galio nitridas (GAN) ir silicio karbidas (SIC), vis labiau populiarėja didelio našumo galios technologijose. Šiame straipsnyje bus tiriami šių trijų energijos technologijos medžiagų skirtumai, jų taikymo scenarijai ir dabartinės rinkos tendencijos, kad suprastų, kodėl Gan ir SIC tampa svarbūs būsimose energijos sistemose.
1. Siliconas (SI) - tradicinė galios puslaidininkinė medžiaga
1.1 Charakteristikos ir pranašumai
„Silicon“ yra „Power“ puslaidininkių lauko „Pioneer“ medžiaga, kuriai dešimtmečiai taikomi elektronikos pramonėje. SI pagrįsti įrenginiai pasižymi brandžiais gamybos procesais ir plačia taikymo baze, siūlančiomis tokias pranašumus kaip mažos išlaidos ir nusistovėjusi tiekimo grandinė. Silicio prietaisai pasižymi geru elektriniu laidumu, todėl jie yra tinkami įvairioms galios elektronikos reikmėms, pradedant nuo mažos galios vartotojiškos elektronikos ir baigiant didelės galios pramoninėmis sistemomis.
1.2 apribojimai
Tačiau didėjant didesnio efektyvumo ir našumo energijos sistemoms paklausa, silicio prietaisų apribojimai paaiškėja. Pirma, silicis blogai veikia esant aukšto dažnio ir aukštos temperatūros sąlygoms, todėl padidėja energijos nuostoliai ir sumažintas sistemos efektyvumas. Be to, mažesnis „Silicon“ šilumos laidumas daro šiluminį valdymą sudėtingą didelės galios naudojimą, turintį įtakos sistemos patikimumui ir gyvenimo trukmei.
1.3 Taikymo sritys
Nepaisant šių iššūkių, silicio prietaisai išlieka dominuojantys daugelyje tradicinių programų, ypač naudojant sąnaudas, turinčias išlaidų vartojimo elektroniką ir mažos ir vidutinės galios programas, tokias kaip AC-DC keitikliai, DC-DC keitikliai, buitiniai prietaisai ir asmeniniai skaičiavimo įrenginiai.
2. „Gallium Nitride“ (GAN)-kylanti aukštos kokybės medžiaga
2.1 Charakteristikos ir pranašumai
„Gallium“ nitridas yra platus juostos juostaspuslaidininkisMedžiaga, kuriai būdingas didelis skilimo laukas, didelis elektronų mobilumas ir mažas atsparumas. Palyginti su siliciu, „Gan“ įtaisai gali veikti aukštesniais dažniais, žymiai sumažindami pasyvių galios tiekimo komponentų dydį ir padidina galios tankį. Be to, „Gan“ įrenginiai gali žymiai padidinti energijos sistemos efektyvumą dėl jų mažo laidumo ir perjungimo nuostolių, ypač vidutinio ir mažos galios, aukšto dažnio programose.
2.2 apribojimai
Nepaisant reikšmingų GAN veiklos pranašumų, jo gamybos išlaidos išlieka palyginti didelės, ribojančios jos naudojimą aukščiausios klasės programoms, kai efektyvumas ir dydis yra kritiniai. Be to, GAN technologija vis dar yra palyginti ankstyvoje plėtros etape, o ilgalaikis patikimumas ir masinės gamybos brandos reikia toliau patvirtinti.
2.3 Taikymo sritys
„Gan“ įrenginių aukšto dažnio ir didelio efektyvumo charakteristikos paskatino juos priimti daugelyje kylančių laukų, įskaitant greitus įkroviklius, 5G ryšio maitinimo šaltinius, efektyvius keitiklius ir kosmoso elektroniką. Mažėjant technologijoms ir kaštams, tikimasi, kad GAN vaidins svarbesnį vaidmenį platesniame programų spektre.
3. Silicio karbidas (SIC)-pageidaujama medžiaga aukštos įtampos naudojimui
3.1 Charakteristikos ir pranašumai
Silicio karbidas yra dar viena plataus juostos puslaidininkės medžiaga, turinti žymiai didesnį skilimo lauką, šilumos laidumą ir elektronų prisotinimo greitį nei silicis. SIC prietaisai puikiai tinka aukštos įtampos ir didelės galios, ypač elektrinėse transporto priemonėse (EV) ir pramoniniuose keitikliuose. SIC aukštos įtampos nuokrypis ir mažos perjungimo nuostoliai daro jį idealiu pasirinkimu efektyviam galios konversijai ir galios tankio optimizavimui.
3.2 apribojimai
Panašiai kaip „Gan“, SIC įrenginiai yra brangūs gaminami, naudojant sudėtingus gamybos procesus. Tai riboja jų naudojimą didelės vertės programoms, tokioms kaip EV maitinimo sistemos, atsinaujinančios energijos sistemos, aukštos įtampos keitikliai ir išmanioji tinklo įranga.
3.3 Taikymo sritys
Dėl efektyvių SIC aukštos įtampos charakteristikų ji yra plačiai pritaikoma energetikos elektronikos įrenginiuose, veikiančiuose didelės galios, aukštos temperatūros aplinkoje, tokiose kaip EV keitikliai ir įkrovikliai, didelės galios saulės keitikliai, vėjo energijos sistemos ir dar daugiau. Augant rinkos paklausai ir tobulinant technologijas, SIC prietaisų taikymas šiose srityse ir toliau plėsės.
4. Rinkos tendencijų analizė
4.1 Spartus GAN ir SIC rinkų augimas
Šiuo metu „Power Technology“ rinka vyksta pertvarka, palaipsniui pereinanti iš tradicinių silicio prietaisų į Gan ir SIC prietaisus. Remiantis rinkos tyrimų pranešimais, Gan ir SIC prietaisų rinka sparčiai plečiasi ir tikimasi, kad ateinančiais metais ji tęs savo didelio augimo trajektoriją. Šią tendenciją pirmiausia lemia keli veiksniai:
-** Elektrinių transporto priemonių padidėjimas **: Kai EV rinka sparčiai plečiasi, labai padidėja didelio efektyvumo, aukštos įtampos galios puslaidininkių paklausa. SiC įrenginiai, dėl jų geresnių rezultatų aukštos įtampos programose, tapo tinkamiausiu pasirinkimuEV galios sistemos.
- ** Atsinaujinančios energijos plėtra **: Atsinaujinančios energijos gamybos sistemoms, tokioms kaip saulės ir vėjo jėgainės, reikia efektyvių energijos konvertavimo technologijų. SiC įrenginiai, turintys didelį efektyvumą ir patikimumą, yra plačiai naudojami šiose sistemose.
-** Vartojimo elektronikos atnaujinimas **: Kadangi vartojimo elektronika, pavyzdžiui, išmanieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai, vystosi aukštesnio našumo ir ilgesnio akumuliatoriaus veikimo laikas, GAN įrenginiai vis dažniau naudojami greitame įkrovikliuose ir maitinimo adapteriuose dėl jų aukšto dažnio ir aukšto efektyvumo charakteristikų.
4.2 Kodėl verta rinktis „Gan“ ir „Sic“
Plačiai paplitęs dėmesys Ganui ir SiC kyla pirmiausia dėl jų aukštesniųjų rezultatų prieš silicio prietaisus konkrečiose programose.
-** Aukštesnis efektyvumas **: Gan ir SIC įtaisai pasižymi aukšto dažnio ir aukštos įtampos pritaikymais, žymiai sumažindami energijos nuostolius ir pagerindami sistemos efektyvumą. Tai ypač svarbu elektrinėse transporto priemonėse, atsinaujinančioje energijoje ir aukštos kokybės vartotojiškose elektronikose.
- ** Mažesnis dydis **: Kadangi GAN ir SIC įrenginiai gali veikti aukštesniais dažniais, galios dizaineriai gali sumažinti pasyvių komponentų dydį ir taip susitraukti bendrą energijos sistemos dydį. Tai labai svarbu programoms, reikalaujančioms miniatiūrizacijos ir lengvų dizainų, tokių kaip vartojimo elektronika ir kosmoso įranga.
-** Padidėjęs patikimumas **: SIC prietaisai pasižymi išskirtiniu šiluminiu stabilumu ir patikimumu aukštos temperatūros, aukštos įtampos aplinkose, todėl sumažina išorinio aušinimo ir prietaiso eksploatavimo poreikio poreikį.
5. Išvada
Esant modernioms galios technologijoms, puslaidininkinės medžiagos pasirinkimas tiesiogiai daro įtaką sistemos veikimui ir taikymo potencialui. Nors silicis vis dar dominuoja tradicinėje galios programų rinkoje, „Gan“ ir „SIC“ technologijos greitai tampa idealiais veiksmingų, didelio tankio ir didelio patikimumo energijos sistemų pasirinkimu, kai jos subrendo.
Gan greitai įsiskverbia į vartotojąElektronikair komunikacijos sektoriai dėl aukšto dažnio ir didelio efektyvumo charakteristikų, tuo tarpu SIC, turintis unikalius aukštos įtampos, didelės galios programos pranašumus, tampa pagrindine elektrinių transporto priemonių ir atsinaujinančios energijos sistemų medžiaga. Mažėjant išlaidoms ir tobulinant technologijas, tikimasi, kad „Gan“ ir „SIC“ pakeis silicio prietaisus platesne programa, skatinant galios technologiją į naują plėtros etapą.
Ši „Gan“ ir „SIC“ vadovaujama revoliucija ne tik pakeis energijos sistemų suprojektuotų sistemas, bet ir daro didelę įtaką kelioms pramonės šakoms, pradedant nuo vartojimo elektronikos ir energijos valdymo, ir stumti jas į didesnį efektyvumą ir ekologiškesnes kryptis.
Pašto laikas: 2012 m. Rugpjūčio 28 d