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

前文提要

在英領物聯(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，負責各種“神機妙算”。

今天，我們繼“計算”之后、進入“執(zhí)行”這一環(huán)節(jié)，看看英飛凌功率半導體為何是驅(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，功率半導體器件主要用于電力設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，進行變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理，對設備正常運行起到關鍵作用。與此同時，功率半導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)等等領域都有廣泛的應用。

英飛凌功率半導體,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體來執(zhí)行。英飛凌是業(yè)界領先的功率半導體單管和模塊供應商，能提供優(yōu)化電力生產(chǎn)、傳輸、儲存和使用的技術。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。

在功率半導體器件中，IGBT是這一領域第三次技術革命的代表性產(chǎn)品，而英飛凌是全球排名第一的 IGBT 供應商。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域，IGBT是一種技術含量高，設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作為核心功率半導體器件，最高輸出功率可達200kW，為這款電動轎跑汽車提供了澎湃的動力輸出。但凡坐進它的駕駛位，恐怕人人都有按捺不住想當“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，讓功率半導體變得更強！

碳化硅+氮化鎵讓功率半導體變得更強大

英飛凌科技還推出了一款采用CoolSiC? MOSFET技術的全新車規(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，適用于高功率密度和高性能的應用場景。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體材料碳化硅技術應用到主逆變器，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)得到了主車廠的認可。目前國內(nèi)外超過20多家整車廠及Tier 1供應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)動而設計，尤其適用于通常以中等開關頻率工作的工業(yè)電機驅(qū)動應用。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，就可以節(jié)省多達 20% 的能源，或減少 1700 萬噸二氧化碳排放。

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

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管的產(chǎn)品就已實現(xiàn)量產(chǎn)，在通訊和服務器領域持續(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體解決方案供應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)設計制造方案和消費者的使用習慣。

讀完這篇文章，是不是有些燒腦？其實你只需要記住這句話：

功率半導體是驅(qū)動和轉(zhuǎn)換能量的“肌肉男”，沒有它，設備都無法正常運轉(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)絡連接。