談第三代半導(dǎo)體材料對(duì)變壓器和電感的影響
2022-11-07 18:21:24 來(lái)源:電子變壓器與電感網(wǎng) 作者:陳澤香 點(diǎn)擊:2496
近年來(lái),因第三代半導(dǎo)體材料耐高頻、高壓、高溫、高功率及高電流等特性,并具有高能效和低能耗的優(yōu)點(diǎn),第三代半導(dǎo)體材料已逐漸應(yīng)用于智能快充、光伏、儲(chǔ)能、新能源汽車(chē)等變壓器和電感器的熱門(mén)市場(chǎng)領(lǐng)域,在行業(yè)內(nèi)的討論也愈演愈烈。
浙江工業(yè)大學(xué)車(chē)聲雷教授向電子變壓器和電感網(wǎng)記者介紹,大概2015年以前,半導(dǎo)體材料的頻率其實(shí)是落后于變壓器和電感器頻率的。第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用以后,能效和功率密度隨頻率提升都有了改善,目前形勢(shì)已經(jīng)逆轉(zhuǎn),變壓器和電感器用的材料頻率較低,如PC95/96等100k Hz的材料,300k Hz幾乎已到極限,唯有盡快開(kāi)發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的材料并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化,這樣才能夠跟得上電源高頻化發(fā)展趨勢(shì)。
記者通過(guò)采訪調(diào)研得知,不少電感變壓器企業(yè)都表示,第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用對(duì)于變壓器和電感器的工藝設(shè)計(jì)及性能要求有著更為嚴(yán)苛的需求。
京泉華副總經(jīng)理張文舉說(shuō)到:“第三代半導(dǎo)體材料內(nèi)阻小、損耗小,設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)讓電源的體積縮小,為了配套設(shè)計(jì)縮小體積,變壓器和電感器也會(huì)從以前的繞線式或是離散性比較大的設(shè)計(jì)逐漸向PCB式平板變壓器設(shè)計(jì)演變。其次,以往在快充、儲(chǔ)能等領(lǐng)域,變壓器和電感器的頻率要求只有一兩百k左右,如果應(yīng)用了第三代半導(dǎo)體材料,對(duì)變壓器和電感器的頻率要求會(huì)翻倍甚至更多,促使電感變壓器企業(yè)尋求更高頻率的磁芯。”
順絡(luò)電子為了應(yīng)對(duì)第三代半導(dǎo)體高頻率、大電流、低損耗的應(yīng)用需求,其材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)多款合適的合金材料,具有合金材料高飽和特性的同時(shí),高頻損耗已經(jīng)接近鐵氧體材料。此外,順絡(luò)電子還和多家第三代半導(dǎo)體芯片公司合作,在OBC、充電樁等大功率應(yīng)用提供了完整的變壓器和電感器方案。順絡(luò)電子市場(chǎng)推廣部經(jīng)理袁聰表示,在結(jié)構(gòu)上我們更推薦采用平面變壓器的設(shè)計(jì)方案,高頻特性、性能一致性更好,在消費(fèi)工業(yè)的電源領(lǐng)域,平面變壓器配合GaN的高頻應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。
寶惠電子研發(fā)副總何定林則強(qiáng)調(diào)不能盲目提高頻率。雖然第三代半導(dǎo)體材料能大大提高頻率,但是頻率越高,電流越低,為保證大電流,在頻率這方面就會(huì)有所犧牲,因此電感變壓器企業(yè)在配合設(shè)計(jì)時(shí)要找到當(dāng)中的交叉點(diǎn),做出綜合性的方案。隨著第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用,未來(lái)變壓器和電感的頻率也會(huì)提高,寶惠電子計(jì)劃與磁芯企業(yè)做戰(zhàn)略性合作,通過(guò)材料的革新提高,從根本上提高變壓器和電感器的性能。
有的企業(yè)則認(rèn)為第三代半導(dǎo)體材料并未對(duì)電感變壓器企業(yè)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。
如云路聚能研發(fā)總監(jiān)張克波認(rèn)為,從產(chǎn)品性能角度出發(fā),第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用確實(shí)會(huì)要求變壓器和電感器提高性能,即在變壓器和電感器的技術(shù)需求上是產(chǎn)生了改變的;但對(duì)于大多數(shù)電感變壓器企業(yè)來(lái)說(shuō),其產(chǎn)品本就涵蓋低頻、高頻等多種類(lèi)型,第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用或許會(huì)讓磁芯、變壓器和電感器的選擇類(lèi)型發(fā)生改變,但這其實(shí)是一種產(chǎn)品選擇方案的改變,不會(huì)對(duì)電感變壓器企業(yè)產(chǎn)生本質(zhì)影響。
值得注意的是,雖然第三代半導(dǎo)體材料具有明顯的優(yōu)勢(shì),但當(dāng)前其市場(chǎng)發(fā)展仍較為緩慢。第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)觀察數(shù)據(jù)顯示,以650V產(chǎn)品來(lái)看,SiC、GaN功率晶體管的均價(jià)為1.88元/A、2.78元/A,而650V的Si IGBT均價(jià)為0.36元/A。從中可以看到,第三代半導(dǎo)體材料比傳統(tǒng)的硅器件貴5-7倍,且目前產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟,現(xiàn)階段無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),使得不少企業(yè)保持觀望態(tài)度,認(rèn)為其市場(chǎng)潛力有待考察。對(duì)此,創(chuàng)世富爾總經(jīng)理童東方表示,第三代半導(dǎo)體材料價(jià)格高昂,一定程度上也倒逼我們電感變壓器企業(yè)以及磁芯企業(yè)加快研發(fā)速度,提升產(chǎn)品性能。
能肯定的是,第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用順應(yīng)了當(dāng)前高頻、高壓的終端市場(chǎng)需求,勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)一段時(shí)間的發(fā)展潮流。電感變壓器企業(yè)不僅要了解終端企業(yè)的需求,也需全方位了解磁性材料與半導(dǎo)體材料乃至整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)發(fā)展,更好把握市場(chǎng)機(jī)遇。
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