[導(dǎo)讀]在控制下一代功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)IC方面，株式會(huì)社東芝（下稱“東芝”）成功實(shí)現(xiàn)了將模擬與數(shù)字高性能電路集成到單個(gè)芯片中*1。該混合IC能夠以2微秒甚至更短的超高速檢測(cè)功率半導(dǎo)體的電壓和電流狀態(tài)，發(fā)生短路等故障時(shí)，可迅速反應(yīng)，保護(hù)功率半導(dǎo)體免遭損壞。并且通過(guò)精細(xì)控制，可將功率半導(dǎo)體產(chǎn)生...
在控制下一代功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)IC方面，株式會(huì)社東芝（下稱“東芝”）成功實(shí)現(xiàn)了將模擬與數(shù)字高性能電路集成到單個(gè)芯片中*1。該混合IC能夠以2微秒甚至更短的超高速檢測(cè)功率半導(dǎo)體的電壓和電流狀態(tài)，發(fā)生短路等故障時(shí)，可迅速反應(yīng)，保護(hù)功率半導(dǎo)體免遭損壞。
并且通過(guò)精細(xì)控制，可將功率半導(dǎo)體產(chǎn)生的噪聲降低51%。此外，經(jīng)理論計(jì)算證實(shí)，與常規(guī)方法下的同等降噪效果相比，電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率損耗可減少25%。
本技術(shù)通過(guò)最大限度地發(fā)揮下一代功率半導(dǎo)體的性能，推動(dòng)廣泛用于電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)設(shè)備、智能電網(wǎng)等應(yīng)用中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、直流·交流轉(zhuǎn)換器向小型化、高效化和高可靠性的方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)做出貢獻(xiàn)。
研發(fā)背景功率半導(dǎo)體是控制電壓和電流的半導(dǎo)體，用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，以及直流·交流等功率轉(zhuǎn)換。由于其應(yīng)用場(chǎng)景多，功率半導(dǎo)體和功率轉(zhuǎn)換器的小型化、高效化對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)而言必不可少。隨著功率半導(dǎo)體市場(chǎng)逐年擴(kuò)大，控制功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器IC其全球市場(chǎng)規(guī)模也從2017年的約1400億日元增長(zhǎng)到2021年的約1800億日元*2，預(yù)計(jì)未來(lái)還將繼續(xù)擴(kuò)大。
目前市面上一般使用IGBT*3和Si-MOSFET*4等作為功率半導(dǎo)體元件。如何降低功率轉(zhuǎn)換時(shí)所產(chǎn)生的損耗成為課題。為此，具有低損耗特性的SiC-MOSFET*5等下一代功率半導(dǎo)體正在開(kāi)發(fā)中。下一代功率半導(dǎo)體可降低功率轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的損耗，在實(shí)現(xiàn)高效化的同時(shí)便于散熱，且更小型化、輕型化?？墒侨绮捎门c常規(guī)相同的電路方式進(jìn)行控制，雖然降低了功率損耗，但更容易產(chǎn)生噪音。另外，由于散熱路徑變短小，萬(wàn)一發(fā)生短路等故障，溫度瞬間升高，易導(dǎo)致半導(dǎo)體損壞。
有研究通過(guò)改進(jìn)控制方法來(lái)降低下一代功率半導(dǎo)體的噪聲，但其靈活性有問(wèn)題，因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體元件的電壓和電流狀態(tài)不同，降噪的最佳方法也不盡相同。另外，在常規(guī)方法中，對(duì)短路等故障檢測(cè)·保護(hù)功能需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者通過(guò)微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)，存在固有的延遲而導(dǎo)致元件被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
本技術(shù)特點(diǎn)東芝開(kāi)發(fā)的混合模擬·數(shù)字電路的高性能單芯片柵極驅(qū)動(dòng)IC來(lái)解決以上問(wèn)題。一般，要實(shí)現(xiàn)與該IC同樣的高性能，需要使用信號(hào)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、運(yùn)算電路、放大器電路等多個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體元件。而該模擬·數(shù)字混合電路，使用模擬電路檢測(cè)功率半導(dǎo)體元件的電壓·電流，再根據(jù)檢測(cè)結(jié)果用數(shù)字電路切換控制方法，只需一個(gè)芯片即可實(shí)現(xiàn)最佳控制。且還搭載具有存儲(chǔ)控制方法的存儲(chǔ)器。
此外，在控制過(guò)程中，通過(guò)組合低速數(shù)字電路和高速模擬電路的分辨率來(lái)增強(qiáng)電路，僅在需要高速控制的部分使用模擬，實(shí)現(xiàn)了等效、精細(xì)的控制。
通過(guò)開(kāi)發(fā)模擬波形預(yù)處理技術(shù)，從功率半導(dǎo)體的高速電壓·電流波形中，僅提取控制和故障檢測(cè)所需的特征，即便是低速模擬·數(shù)字轉(zhuǎn)換器也可快速完成故障檢測(cè)。由此，可以在不通過(guò)微機(jī)的情況下，檢測(cè)短路和其它故障并立即啟動(dòng)保護(hù)。并且還可通過(guò)使用現(xiàn)有設(shè)備的低成本CMOS*6工藝技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
浪涌電壓是產(chǎn)生噪音的主要因素之一。使用該IC控制1.2 kV的SiC-MOSFET功率半導(dǎo)體，在不增加功率損耗的情況下，可將浪涌電壓成功降低51%。理論上，若采用常規(guī)方法實(shí)現(xiàn)相同效果，電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的損耗就會(huì)增加；如果使用該IC，則可以降低25%的功率損耗。另外，在不使用微機(jī)的情況下，可用最短2微秒的速度成功檢測(cè)出故障。有望最大限度地提高下一代功率半導(dǎo)體的性能。
未來(lái)展望
東芝的目標(biāo)是在2025年將該IC投入實(shí)際應(yīng)用。功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)是集團(tuán)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，今后東芝也將繼續(xù)開(kāi)發(fā)該IC的相關(guān)技術(shù)，推進(jìn)下一代功率半導(dǎo)體在各類(lèi)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過(guò)功率半導(dǎo)體的高效化，降低CO2排放量，從而為實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)做出貢獻(xiàn)。
*1：本技術(shù)于2021年10月10日至14日，在IEEE ECCE 2021（2021 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition）在線會(huì)議上發(fā)表。
*2：出處:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf（英文頁(yè)面）
*3：IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor的簡(jiǎn)稱。指基極內(nèi)置MOSFET的雙極晶體管。
*4：Si-MOSFET：Silicon MOSFET的簡(jiǎn)稱。晶體管的一種，與IGBT相比，適用于低功耗和高速工作。
*5：SiC-MOSFET：使用新材料SiC（碳化硅）的功率半導(dǎo)體。
*6：CMOS：半導(dǎo)體電路的一種。用于多種電子設(shè)備，包括個(gè)人電腦等。
關(guān)于東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社
東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社是先進(jìn)的半導(dǎo)體和存儲(chǔ)解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商，公司累積了半個(gè)多世紀(jì)的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新，為客戶和合作伙伴提供分立半導(dǎo)體、系統(tǒng)LSI和HDD領(lǐng)域的杰出解決方案。
公司22,000名員工遍布世界各地，致力于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值的最大化，東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社十分注重與客戶的密切協(xié)作，旨在促進(jìn)價(jià)值共創(chuàng)，共同開(kāi)拓新市場(chǎng)，公司現(xiàn)已擁有超過(guò)7,100億日元（65億美元）的年銷(xiāo)售額，期待為世界各地的人們建設(shè)更美好的未來(lái)并做出貢獻(xiàn)。
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ATSC
芯片
AN
ABS
10月3日，三星電子在美國(guó)加州硅谷舉辦“三星晶圓代工論壇&SAFE論壇”。論壇上三星芯片代工部門(mén)表示，將于2025年開(kāi)始生產(chǎn)2nm制程工藝芯片，然后在2027年開(kāi)始生產(chǎn)1.4nm工藝芯片。據(jù)了解，此前臺(tái)積電也曾規(guī)劃在20...
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三星
1.4nm
芯片
消息稱臺(tái)積電將于今年9月開(kāi)始對(duì)3納米芯片進(jìn)行量產(chǎn)。這下，三星要坐不住了!雖然三星在6月30日稱自己已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了3納米的量產(chǎn)。
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華為
3nm
芯片
提到臺(tái)積電，相信大家都不陌生，作為全球頂尖的晶圓代工機(jī)構(gòu)。僅臺(tái)積電、三星兩家晶圓代工廠的市場(chǎng)份額，就占據(jù)了全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的70%左右。
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3nm
芯片
三星
英國(guó)廣播公司《科學(xué)焦點(diǎn)雜志》網(wǎng)站5月22日刊登了題為《什么是摩爾定律?如今是否仍然適用?》的文章，摘要如下：
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摩爾定律
半導(dǎo)體
芯片
據(jù)業(yè)內(nèi)消息，近日高通公司的CEO Cristiano·Amon在風(fēng)投會(huì)議上表示，大家在關(guān)注經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)時(shí)也開(kāi)始關(guān)心芯片，在這個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為重要部分的時(shí)代，芯片對(duì)于提高效率是必須的，芯片的重要性正在被普遍接受，未來(lái)...
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高通公司
芯片
作為全球豪華汽車(chē)巨頭，寶馬在未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)上也開(kāi)始加大投資，這一次他們是多方下注，英國(guó)牛津的工廠還是戰(zhàn)略核心，日前又透露說(shuō)在中國(guó)投資上百億生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)，今晚寶馬公司又宣布在美國(guó)投資17億美元，約合人民幣123億元。
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寶馬
芯片
供應(yīng)商
周四美股交易時(shí)段，受到“臺(tái)積電預(yù)期明年半導(dǎo)體行業(yè)可能衰退”的消息影響，包括英偉達(dá)、英特爾、阿斯麥等頭部公司均以大跌開(kāi)盤(pán)，但在隨后兩個(gè)小時(shí)內(nèi)紛紛暴力拉漲，多家千億美元市值的巨頭較開(kāi)盤(pán)低點(diǎn)向上漲幅竟能達(dá)到10%。
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臺(tái)積電
半導(dǎo)體
芯片
在需求不振和出口受限等多重因素的影響下，全球半導(dǎo)體廠商正在經(jīng)歷行業(yè)低迷期。主要芯片廠商和設(shè)備供應(yīng)商今年以來(lái)股價(jià)集體腰斬。
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芯片
廠商
半導(dǎo)體
在半導(dǎo)體制造中，《國(guó)際器件和系統(tǒng)路線圖》將5nm工藝定義為繼7nm節(jié)點(diǎn)之后的MOSFET 技術(shù)節(jié)點(diǎn)。截至2019年，三星電子和臺(tái)積電已開(kāi)始5nm節(jié)點(diǎn)的有限風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)，并計(jì)劃在2020年開(kāi)始批量生產(chǎn)。
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芯片
華為
半導(dǎo)體
北京時(shí)間10月18日消息，富士康周二表示，希望有一天能夠?yàn)樘厮估旧a(chǎn)汽車(chē)。眼下，富士康正在加大電動(dòng)汽車(chē)的制造力度，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)多元化。
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富士康
芯片
半導(dǎo)體
特斯拉
近日，中國(guó)工程院院士倪光南在數(shù)字世界專刊撰文指出，一直以來(lái)，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)在“主流 CPU”架構(gòu)上受制于人，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，建議我國(guó)積極抓住時(shí)代機(jī)遇，聚焦開(kāi)源RISC-V架構(gòu)，以全球視野積極謀劃我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
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倪光南
RISC-V
半導(dǎo)體
芯片
新能源汽車(chē)市場(chǎng)在2022年有望達(dá)到600萬(wàn)輛規(guī)模，為芯片產(chǎn)業(yè)帶來(lái)較大的發(fā)展機(jī)遇。2022年，我國(guó)芯片供應(yīng)比去年有所緩解，但仍緊張。中期來(lái)看，部分類(lèi)別芯片存在較大結(jié)構(gòu)性短缺風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)計(jì)2022年芯片產(chǎn)能缺口仍難以彌補(bǔ)。這兩年...
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新能源
汽車(chē)
芯片
汽車(chē)芯片和半導(dǎo)體領(lǐng)域要深度地融合，不僅僅是簡(jiǎn)單的供需關(guān)系，應(yīng)該是合作關(guān)系，把汽車(chē)芯片導(dǎo)入到整車(chē)廠的應(yīng)用。為緩解汽車(chē)產(chǎn)業(yè)“缺芯”，國(guó)內(nèi)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)正探索越來(lái)越多的方式完善生態(tài)。為了促進(jìn)汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)...
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智能化
汽車(chē)
芯片
汽車(chē)“缺芯”之下，國(guó)產(chǎn)芯片的未來(lái)是一片藍(lán)海。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，“缺芯”“少魂”是我國(guó)汽車(chē)企業(yè)的短板弱項(xiàng)，車(chē)規(guī)級(jí)芯片、操作系統(tǒng)的自主可控程度不高。其中，我國(guó)車(chē)規(guī)級(jí)芯片自給率小于5%，且多以低端產(chǎn)品為主，關(guān)鍵芯片均受制于...
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智能化
汽車(chē)
芯片
之前，美國(guó)運(yùn)營(yíng)商AT&T曾宣布，今年年底推出5G網(wǎng)絡(luò)，而隨著時(shí)間的推移，2019年會(huì)有越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)商用5G網(wǎng)絡(luò)，在這樣的大環(huán)境下，芯片廠商提前布局也就是情理之中的事情了。
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運(yùn)營(yíng)商
5G網(wǎng)絡(luò)
芯片
日本車(chē)用MCU大廠瑞薩電子發(fā)布公告稱，該公司將于8月31日完全關(guān)閉滋賀工廠，并將土地轉(zhuǎn)讓給日本大坂的ARK不動(dòng)產(chǎn)株式會(huì)社。瑞薩電子曾在2018年6月宣布，滋賀工廠將在大約兩到三年內(nèi)關(guān)閉，該工廠的硅生產(chǎn)線已于2021年3月...
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MCU
ARK
芯片
目前，各式芯片自去年第4季起開(kāi)始緊缺，帶動(dòng)上游晶圓代工產(chǎn)能供不應(yīng)求，聯(lián)電、力積電、世界先進(jìn)等代工廠早有不同程度的漲價(jià)，以聯(lián)電、力積電漲幅最大，再加上疫情影響，產(chǎn)品制造的各個(gè)環(huán)節(jié)都面臨著極為緊張的市場(chǎng)需求。推估今年全年漲幅...
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工廠
芯片
晶圓代工
伴隨新能源汽車(chē)、自動(dòng)駕駛技術(shù)等的迅速發(fā)展，汽車(chē)芯片正成為業(yè)內(nèi)熱議的話題之一，要協(xié)調(diào)穩(wěn)定市場(chǎng)、確保芯片供應(yīng)。從供給上來(lái)看，要梳理關(guān)鍵領(lǐng)域芯片供需情況，引導(dǎo)國(guó)外汽車(chē)芯片企業(yè)來(lái)華投資，建立芯片及重要原材料應(yīng)急儲(chǔ)備機(jī)制。在穩(wěn)定市...
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新能源
汽車(chē)
芯片
最近華為Mate 50系列和蘋(píng)果iPhone 14系列都比較火，二者各有各的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)沒(méi)有麒麟芯成了華為Mate 50系列永遠(yuǎn)的痛，其采用的驍龍8+芯片性能雖然不錯(cuò)，但是和蘋(píng)果A16相比，還是具有一定的差距，而且沒(méi)有了自...
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國(guó)產(chǎn)
GPU
芯片
