- Advertisement -
首頁 標籤 GaN

GaN

- Advertisment -

GaN助力無線充電 磁共振充電功率/距離再提升

氮化鎵(GaN)功率元件具備高開關速度、切換損失等性能優勢,持續為電力電子應用打開更多可能性。其中,基於氮化鎵技術的磁共振(Magnetic Resonance, MR)無線充電,將能使得50W以上無線充電功能更快實現, 交通大學電機工程學系系主任陳科宏表示,由於氮化鎵功率元件能夠達到非常快的開關速度,因此也能近一步縮小零組件尺寸與整體體積。氮化鎵材料在中功率至高功率的電源相關應用上皆有很好的效果,在未來10年,氮化鎵功率元件的興起將改變消費者的電子產品使用行為,也將影響相關供應鏈的廠商生態。 陳科宏表示,若無線充電功率要提升至50W以上,基於GaN的磁共振便是目前最佳的解決方案。由AirFuel主導的磁共振無線充電技術,相對於磁感應技術能夠提供更高功率電力,並且能夠同時為多台設備供電。儘管目前依然少見導入磁共振無線充電技術的商用產品,然而該技術依然持續有所進展。 基於GaN的共振式無線充電傳輸系統發射端能夠一次發出70W電力,已能夠滿足筆記型電腦的充電需求;而手機大約能夠接收10W~15W電力,因此,最遠傳輸距離可達30公分,若在5公分距離之內則可以達到快速充電標準。 陳科宏進一步說明,未來基於GaN的共振式無線充電傳輸系統也將持續提升充電效率、拉長充電距離,並擴充應用範圍;更將持續以提升方便性與縮小元件體積為主要演進方向。另一方面,GaN功率元件不只能使用在共振式無線充電設備,隨著氮化鎵的應用研究增加,成本也正在逐漸壓低,預計在2020年就能看到大量產品開始使用氮化鎵材料。  
0

功率密度要求持續提升 TI 推GaN新品實現千瓦應用

隨著科技演進,無論是在消費電子、工業自動化或是雲端運算帶來的伺服器,各個領域都在追求更高的功率密度,以達到逐漸提升的電力要求。目前,功率元件以MOSFET為主流,但已有廠商陸續推出氮化鎵(GaN)材料元件,以做到更高的切換頻率與晶片尺寸。德州儀器(TI)日前推出的GaN FET產品系列,更能滿足高達10kW應用。 德州儀器類比IC應用經理蕭進皇表示,GaN元件能操作的切換頻率相對於MOSFET更高,在提升切換頻率後,包含電容等整體晶片體積都將縮小;相比之下,GaN元件設計重量只有MOSFET元件的六分之一。如此一來,不但能達成節省能源、降低成本,在晶片體積縮小之後,亦能提升能放置其他元件的空間。 為因應此趨勢,德州儀器日前推出推出新型600V GaN、50mΩ和70mΩ功率級產品組合,能支援高達10 kW應用。與應用於AC / DC電源供應器、機器人、可再生能源、電網基礎設施、通訊和個人電子的場效應電晶體(FETs)相比,該產品系列能協助工程師打造更小、更高效且更高性能的設計。蕭進皇進一步說明,目前MOSFET元件皆需要在外掛驅動控制,然而該產品將驅動控制納入同一個封裝之中,如此一來便能降低電子電路設計難度,縮短設計者的開發時間。 在未來,持續提升功率密度將是電源設計的主流趨勢。另一方面,將主動和被動零組件整合於電力系統之中,也能更可靠地實限縮小尺寸的目標。GaN元件能夠用應用在個人消費電子、工業馬達驅動、電網基礎設施等不同功率等級的應用之中,功率應用範圍從瓦橫跨到千瓦等級。 德州儀器的GaN FET產品系列擁有整合獨特的功能與保護特性,不僅簡化設計,同時實現更高的系統可靠度與最佳化高壓電源供應的性能,進一步為傳統串接(Cascade)和獨立(Stand-Alone)的GaN FET提供了智慧替代解決方案。透過整合的<100ns電流限制和過熱偵測 (Overtemperature Detection) 功能,此裝置可防止意外的直通事件 (Shoot-Through)與熱失控 (Thermal Runaway)發生,且系統介面訊號提供了自我監測的能力。 然而,由於GaN元件相對成本依然較高,因此蕭進皇進一步指出,在短時間內該公司的GaN相關產品會以滿足高效能的需求為主要目標市場;低成本的設計就不是最適合GaN元件的應用範疇。  
0

SiC/GaN電源模組封裝材料2023年產業規模達19億美元

碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)正在推動新的電源封裝解決方案發展,市場研究組織Yole Développement表示,SiC技術逐步成為滿足工業要求的重要解決方案,市場估計2017年至2023年的複合年成長率(CAGR)達到29%。電源模組封裝材料產業在2017~2023年的CAGR為8.2%,產業規模將從12億美元成長到19億美元。 除半導體產業外,EV/HEV產業對高功率密度和機電整合的需求也以專用封裝解決方案推動了許多電力電子創新。在不斷創新的過程中,有兩個主要技術趨勢,用於混合動力汽車的超模壓雙側冷卻模組和用於電動車的帶有針翅式底板的單側冷卻模組。 事實上,2017年是IGBT功率模組市場令人印象深刻的一年,2018年又更上一層樓,上半年成長超過20%。主要原因是EV/HEV產業的推動,特別是在中國。因此,整個電源模組市場預計在2023年將超過55億美元。  
0

滿足工業電源傳輸需求 TI從五大面向著手

在資料中心、車用電子、工業等眾多應用驅動之下,全球能源使用量大增,如何有效提高能源使用效率,已是產業界共通的發展課題。為此,德州儀器(TI)將從工業自動化、能源效率、功率密度、分散式與再生能源,以及大數據儲存與傳輸等五大面向著手,透過各種創新技術,提升能源管理效率。 在工業管理方面,TI指出,工業自動化能夠提升產能及製造效率,但安全疑慮也隨之而來,自動化工廠內常設有沉重又龐大的機器設備,需要高電壓操作,為工廠操作員帶來困難與危險。因此須採用隔離技術,讓感測節點和操作員在高電壓環境下,仍能有效且安全地工作。 而隨著大數據和人工智慧興起,全球對快速存取資料的需求與日俱增,儲存與取得資料所需的能源也隨之攀升,如何管控相關成本及對環境所造成的影響將成為一大挑戰。 TI表示,資料中心的雲端儲存/運算需求增加,導致其耗電量也因而提高;預估至2020年,資料中心的耗電量將突破730億度,相當於超過千萬戶的家庭用電。換言之,資料中心存放的資料愈多,冷卻所需的能源便愈高,對電網造成的負擔也會愈大。 也因此,全球對於提高發電與配送能源的需求顯而易見,如何實現高效率的能源轉換已成當務之急。因此,新材料和新技術趁勢崛起,像是運用共振與混合式DC-DC變壓器等新技術,達到尺寸縮小、效能提升、升溫減少等目標;再結合演算法,便可減少系統閒置時所需耗費的電力,壓低能源需求。或是運用氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)等新興功率半導體,實現高電壓、高效能、小尺寸目標。 另一方面,隨著半導體技術導致功能增加後,也帶動能源需求提升。TI指出,而在電池容量與效能成長之際,功率密度也須跟著提升,才能增進使用者體驗。 德州儀器工業系統解決方案應用經理孔令梅表示,工業自動化、大數據儲存與傳輸及分散式再生能源等應用興起,市場對於電源設備的效率和功率密度更加要求,該公司也持續推出創新參考設計,如新一代主動鉗位反馳式控制器UCC28780和LLC諧振控制器UCC256301等,滿足工廠電源傳輸設備、UPS、通訊與伺服器電源、DC-DC設備、無人機電池組等應用需求。
0

滿足高功率轉換/小體積電源設計需求 晶片商啟動SiC軍備競賽

碳化矽(SiC)市場發展持續增溫。根據市調機構Yole Développement調查指出,全球SiC功率半導體市場將從2017年的3.02億美元,快速成長至2023年的13.99億美元,2017~2023年的市場規模年複合成長率(CAGR)為29%。其中,隨著汽車製造商未來5~10年內於主逆變器、車載充電器(OBC),以及直流-直流(DC-DC)轉換器等裝置皆陸續採用SiC功率半導體,汽車產業將成SiC市場加速成長的關鍵推手,特別是電動車款的應用。 SiC市場加速攀升 電動車成主要推手 電動車(EV)市場持續蓬勃發展,根據Frost&Sullivan研究顯示,全球EV銷售量將從2017年的120萬輛增加到2018年的160萬輛,並可望在2019年進一步上升至約200萬輛;特別是中國大陸地區,未來5至7年內將成為EV最大市場。為提升電動車整體效能,達到更好的電源轉換效率,在矽(Si)元件已被認為逐漸逼近性能上限之刻,車商、半導體業者開始轉往發展寬能隙半導體,而SiC具備高切換速度、高耐壓與低損耗特性,因而備受汽車產業青睞。 Yole化合物半導體技術和市場分析師Hong Lin表示,SiC功率半導體的普及率,取決於汽車製造商的導入;目前已有汽車業者在主逆變器、車載充電器和DC-DC轉換器中,採用SiC功率半導體。像是特斯拉(Tesla)便已在旗下Model 3電動車中使用SiC金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)元件,來降低導通和開關損耗。 同時,Yole預估2018年全球將會有超過20家的汽車業者,在OBC中使用SiC肖特基二極體(Schottky Diodes)或SiC MOSFET;未來SiC功率半導體在OBC市場中有望以CAGR 44%的速度成長至2023年。另外,Yole預估將有愈來愈多的汽車製造商會在主逆變器中採用SiC功率半導體,特別是中國車商,近幾年更是紛紛考慮使用SiC功率元件,因此,2017~2023年,SiC功率元件在主逆變器市場的CAGR,更可能高達108%。 羅姆(ROHM)半導體台灣設計中心主任工程師蘇建榮(圖1)指出,SiC剛開發時,容易遇上兩個挑戰,分別是Body Diode的信賴性問題,因為當Body Diode通電時,會造成MOS RDS(on)上升;另一個是在SiC的MOS Gate加上偏壓時,會造成Vth偏移。目前這兩個技術挑戰已獲得解決,因而降低SiC的應用難度,普及率也開始提高,像是上述提到電動車中的肖特基二極體、OBC、PFC,或者是壁掛/直立式的電動車充電樁,都已開始導入SiC。 圖1 羅姆半導體台灣設計中心主任工程師蘇建榮指出,SiC普及率開始提升,電動車更是SiC主要應用市場。 擴增產能/攜手VENTURI車隊 羅姆力拓SiC市場版圖 如上提到,汽車產業成為SiC市場攀升的關鍵推手,為此,各半導體廠也開始積極布局。例如羅姆便與FIA Formula E電動方程式賽車的VENTURI車隊合作,提供該公司旗下SiC功率模組,搭載於驅動車輛的核心裝置-變流器中,提升車輛性能。 據悉,羅姆於2017~2018第3季FIA Formula E電動方程式賽事中,已提供了二極體(SiC-SBD)於VENTURI車隊,而從第4季開始,將改為提供整合電晶體和二極體的全SiC功率元件。此一元件與尚未搭載SiC的變流器相比較,體積減少了43%、重量減少了6公斤,讓VENTURI車隊的車輛體積更小,重量更輕。 另一方面,因應SiC需求逐步攀升,該公司也決定在日本福岡縣的筑後工廠增建新廠房,以滿足日漸升高的SiC功率元件生產需求。據悉,該新廠房為地上3層建築,總建築面積約11,000㎡。目前正在進行相關細部設計,預計於2019年動工,並於2020年竣工完成。 科銳SiC MOSFET助陣 電動車傳動效率大增 另一方面,為提升電動汽車動力傳動系統性能,科銳(CREE)旗下公司Wolfspeed近日也宣布推出新款1200V SiC MOSFET系列,可實現高電壓功率轉換,提高電動汽車動力傳動系統效率,讓電動車行駛距離更長,同時能夠降低系統成本,為消費者提供更好的綜合性能。 Wolfspeed總經理Cengiz Balkas表示,該公司開發的SiC產品組合,能實現尺寸更小、重量更輕的系統,進而提高每次充電後的行駛里程,這將有效減少電動汽車和汽油車在成本和性能方面的差距,並使汽車供應商和生產商更容易打造電動汽車生態系統。 據悉,新推出的C3M 1200V SiC MOSFET可承受大電流,能在1200V電壓條件下實現目前較低的漏源電阻RDS(on)及開關損耗,並提供更高的品質因數,使得消費者在單次充電之後,能夠行駛更遠的距離。 科銳首席執行長Gregg Lowe指出,全球對於電動汽車的需求日益成長,幾乎所有汽車生產商都宣布在其產品家族中推出新型電動汽車平台,而該公司透過採用新型技術,例如Wolfspeed新型SiC MOSFET產品組合,加快電動汽車的普及。 搶攻電動車市場 英飛凌SiC肖特基二極體發功 除上述所提的羅姆和科銳之外,另一電源晶片大廠英飛凌(Infineon)也瞄準電動車市場,於近期發布首款車用SiC系列CoolSiC肖特基二極體,可用於目前和未來油電混合車和電動車中的OBC。 英飛凌車用高功率部門副總裁暨總經理Stephan...
0
- Advertisement -
- Advertisement -

最新文章

- Advertisement -

熱門文章

- Advertisement -

編輯推薦

- Advertisement -