汽車電氣化正在興起,隨著世界各國政府試圖實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標,它可能會繼續(xù)增長。本文摘錄了與恩智浦半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁兼高級模擬業(yè)務(wù)線總經(jīng)理 Jens Hinrichsen 就汽車電氣化的各個方面的對話——從技術(shù)方面,包括電池管理,到增長的挑戰(zhàn),包括解決范圍焦慮等因素,這是一種常見的消費者猶豫。
我們?nèi)绾慰创磥韼啄甑?GaN?與 GaN 競爭的其他寬帶隙材料有哪些?所以,我提到了碳化硅。因此,這些天來,我們也在談?wù)撾妱悠?。那么,與其他解決方案相比,GaN 在哪些方面可以提供更好的價值呢?我們期望在哪里看到下一波增長?
穴居人發(fā)現(xiàn)了火,而人類通過發(fā)明來進化這一發(fā)現(xiàn),為我們照亮道路、烹飪食物并讓我們保持溫暖。但現(xiàn)在,我們都同意我們需要改變我們對能源的看法:它是如何產(chǎn)生、使用的,如何提高效率。近幾十年來,許多進步包括來自可再生能源的清潔能源、以前依賴燃燒燃料的事物的電氣化以及對能源效率的關(guān)注。隨著我們向萬物電氣化邁進,人類與火的這種親密關(guān)系將會消失,因為未來人類將看不到明火。這是一個相當大的偏離!當前這一代工程師將不再需要火。
我們會在不久的將來看到鎵的高壓應(yīng)用嗎?或者我們可以在哪里做一些事情,比如通過氮化鎵芯片運行列車級電壓?
功率半導(dǎo)體的第二次革命五年后,基于氮化鎵 (GaN)的移動快速充電器主宰了旗艦智能手機和筆記本電腦型號,從傳統(tǒng)功率硅芯片中搶占了市場份額。這種下一代“寬帶隙”技術(shù)正在逐步進入主流移動應(yīng)用程序,同時從該灘頭市場突圍,進入更高功率的消費者、太陽能、數(shù)據(jù)中心和電動汽車。一個新的電源平臺——集成的、功能豐富的、高效的 GaNSense?“半橋”——是高功率、高速應(yīng)用的基本組成部分,其中 GaN 不僅提供更小、更快速的充電和降低系統(tǒng)成本的應(yīng)用,而且還可以節(jié)省大約 2.6 Gtons CO 2/年到 2050 。
車輛電氣化是減少道路交通溫室氣體排放計劃的關(guān)鍵部分。與傳統(tǒng)的硅替代品相比,寬帶隙半導(dǎo)體具有多種優(yōu)勢,因此可以改進電動汽車和混合動力汽車。在這個與 FTEX 的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官 Alexandre Cosneau 的討論中,我們將發(fā)現(xiàn)電動汽車的動力總成技術(shù)和 GaN 的優(yōu)勢。Cosneau 正在尋找優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換的方法,從電池設(shè)計到電機效率,這對 FTEX 技術(shù)和解決方案至關(guān)重要。
螺線管是機電致動器,具有稱為柱塞的自由移動磁芯。通常,螺線管由螺旋形線圈和鐵制成的動鐵芯組成。 當電流通過螺線管線圈時,它會在其內(nèi)部產(chǎn)生磁場。該磁場產(chǎn)生拉入柱塞的力。當磁場產(chǎn)生足夠的力來拉動柱塞時,它會在螺線管內(nèi)移動,直到達到機械停止位置。當柱塞已經(jīng)在螺線管內(nèi)時,磁場會產(chǎn)生力將柱塞固定到位。當電流從螺線管線圈中移除時,柱塞將在螺線管中安裝的彈簧推動下返回其原始位置。
移動電話和平板電腦等便攜式設(shè)備需要電源管理技術(shù)來滿足日益具有挑戰(zhàn)性的性能要求。消費者正在以新的方式使用智能手機:他們希望顯示高清 GPS 視頻和地圖;進行雙向視頻通話;玩更吸引人的游戲;和流音樂。此類應(yīng)用的片上系統(tǒng) (SoC) 項目還必須符合嚴格的散熱目標,同時滿足長電池壽命要求。
金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)是一種電壓控制器件,由源極、漏極、柵極和主體等端子構(gòu)成,用于放大或切換電路內(nèi)的電壓,也廣泛用于數(shù)字應(yīng)用的 IC。此外,也用于放大器和濾波器等模擬電路。MOSFET的設(shè)計主要是為了克服FET的缺點,例如高漏極電阻、中等輸入阻抗和運行緩慢。MOSFET有增強型和耗盡型兩種。本文主要介紹耗盡型MOSFET,以及它的使用場景。
在大功率 CPU 的電源應(yīng)用中,我們?nèi)绾谓鉀Q負載瞬態(tài)調(diào)整的耗時問題 在 DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器中,最具挑戰(zhàn)性的電源軌之一是 CPU。CPU 的電流瞬變具有非常高的電流階躍和高轉(zhuǎn)換率。CPU 電源軌還需要總和高達數(shù) mF(通常約為 4mF)的輸出電容器,這增加了解決方案的尺寸和成本。
沒有一些專門設(shè)備的情況下,測試和測量 IC 或電路在電源瞬態(tài)方面的性能是一項棘手的任務(wù)。輸入電壓源不僅需要以受控方式改變,而且還必須能夠提供足夠的電流來調(diào)節(jié)輸入電容并為被測電路供電。
該穩(wěn)壓器在其輸入 (C IN ) 和輸出 (C OUT )處使用電容器來增強其高頻響應(yīng)。您應(yīng)該仔細考慮電容器的電介質(zhì)、值和位置,因為它們會極大地影響穩(wěn)壓器特性。C OUT主導(dǎo)調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng);C IN的重要性要小得多,只要它不低于穩(wěn)壓器的壓降點即可。
圖 8中的電路大大簡化了先前電路的環(huán)路動態(tài),并消除了所有交流微調(diào)。主要的權(quán)衡是速度減半。該電路類似于圖 6中的電路,不同之處在于 Q 1是雙極晶體管。雙極型大大降低的輸入電容允許 A 1驅(qū)動更良性的負載。這種方法允許您使用具有較低輸出電流的放大器,并消除了適應(yīng)圖 6的 FET 柵極電容所需的動態(tài)調(diào)整。唯一的調(diào)整是 1-mV 調(diào)整,您按照描述完成。
半導(dǎo)體存儲器、讀卡器、微處理器、磁盤驅(qū)動器、壓電設(shè)備和數(shù)字系統(tǒng)會產(chǎn)生電壓調(diào)節(jié)器必須服務(wù)的瞬態(tài)負載。理想情況下,穩(wěn)壓器輸出在負載瞬態(tài)期間是不變的。然而,在實踐中,會發(fā)生一些變化,如果系統(tǒng)超出其允許的工作電壓容差,這種變化就會成為問題。這個問題要求測試穩(wěn)壓器及其相關(guān)的支持組件,以驗證在瞬態(tài)負載條件下所需的性能。您可以使用各種方法來生成瞬態(tài)負載并允許觀察調(diào)節(jié)器響應(yīng)。
當今電子設(shè)計中最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)之一是降低能耗。電源管理是許多設(shè)備的重要設(shè)計考慮因素,尤其是那些依賴電池運行的設(shè)備。因此,大多數(shù)系統(tǒng)使用各種電源管理操作模式。