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从晶闸管到宽带隙半导体的电源设备发展

作者: 浮思特科技2024-12-06 13:52:43

  电源设备的能效是最关键的指标,因为即使是轻微的改进也能带来显著的节能。此外,保持峰值能效可以减少组件的老化,使系统能够更长时间运行而不需要频繁维护。多年来,该领域有了显著进展,从晶闸管开始,演变到今天的宽带隙半导体时代。

  在2024年PowerUp博览会上,POWERBOX的首席营销和传播官Patrick Le Fèvre进行了一场富有洞察力的演讲,描述了过去120年电力电子方面的进展和发展。Le Fèvre谈到安全问题时,提到了一次他“在进行直流/直流电源实验时烫伤了手”的事件,这促使他寻找更安全的选择。

  从1900年代开始的电力电子进展

  从1900年到1980年,电力电子行业经历了革命性的进步,每个时代都标志着显著的技术成就和前瞻性的想法。POWERBOX的首席营销和传播官Patrick Le Fèvre表示:“适应曲线在任何地方都是相同的。创新者往往有一个光辉的想法,因为他们充满好奇。”这种好奇心和创新精神在20世纪初奠定了基础,气体放电管(Le Fèvre称其为电力电子领域的“恐龙”)等组件的出现为电力控制提供了新的可能性。尽管它现在已经过时,但曾经是其时代最佳的组件。

宽带隙半导体

图1

  1950年代之后,电力电子领域再次发生转变。到1960年代,工程师们积极考虑数字化的转变。“一群工程师开始讨论如何让电力电子更加逻辑化,”Le Fèvre说。这不仅仅是一个过渡,而是为了使电力更加可管理和可预测。在日本,1960年首次推出的无线电晶体管彻底改变了技术,将设备从“笨重产品变为小型便携产品”。这种微型化展示了数字电源的巨大潜力,这一进步与1963年IEEE的成立相辅相成,后者帮助统一并激励了行业发展。

  1970年代,新一波创新浪潮出现。计算机、电信和消费电子产品迅速崛起,IBM和苹果等公司开始使用第一代开关电源。Le Fèvre表示:“两者都意识到,如果想要向大市场销售计算机,我们不能接受60公斤重的设备。”他提到,史蒂夫·乔布斯受到示波器的启发,认识到合适的电源对于苹果的成功至关重要。“开发开关电源的Rob明白,苹果的成功将与其电源息息相关。”显然,电力电子正从工业应用转向消费产品,影响着日常生活。

  最后,1970年代末推出的SG1524脉冲宽度调制(PWM)控制器为复杂的电源管理奠定了基础。1978年,INTELEC会议提供了一个讨论电源调节进展的新平台,进一步联系了行业。尽管今天的技术环境看似更容易通过社交媒体和快速沟通来接触,但Le Fèvre提醒我们:“技术需要时间才能经历[旧的链条]。”

  开关电源技术的演变

  电力技术的下一个逻辑进步是缩小电源的体积,以应对运输、安装和维护中的空间限制。Le Fèvre强调:“电信、计算机,还有来自IBM或苹果的大量讨论,他们开始使用第一代开关电源,我会说这两者几乎是同时进行的。因为两者都意识到,我们不能拥有我们想要向大市场销售的60公斤重的计算机。”

  在1980年至2005年间,模拟到数字调节的进步改变了电力电子。Trey Burn引入了基于计算机的调节,促进了模拟与数字电源的转换,而Chris Ens开发了第一款基于微处理器的PWM电源。爱立信在电信应用方面对数字电源的研究标志着另一个里程碑。

  2005年后,数字电源成为核心关注点,克服了有限控制电路等挑战。到2015年,数字电源已确立为关键技术。如今,物联网和宽带隙(WBG)半导体正在推动创新,使数字电源成为现代研发的基石。

半导体

  电源供应技术向宽带隙半导体的转变

  工业电源的历程展示了技术的演变,以满足现代对效率和性能的需求。传统上依赖于常规硅晶体管和笨重变压器的50W电源,如今已转向采用WBG晶体管、平面磁性元件和数字控制。

  成立于1974年的Powerbox专注于电源创新,并专门从事交流/直流和直流/直流电源。自2018年成为Cosel集团的一部分以来,它通过提供定制解决方案,覆盖从1W到10kW的电源需求,拓展了其业务范围。Powerbox的目标是通过在日本、中国和欧洲设立的5个研发中心,加速技术进步。由于PBRX是PSMA、E-PSMA和UNGC的成员,因此它对行业水平和全球可持续性有着坚实的承诺。

  目前的电力供应是由wbg半导体制成的,其效率和开关速度大大高于硅,减少了热量的产生和能源的损失。这使得设计更紧凑.平面磁学用印刷和层压结构取代传统的线束元件,进一步缩小尺寸并提高热性能。

浮思特科技专注功率器件领域,为客户提供IGBTIPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片,是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。