本文來自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/黃山明。
隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和對(duì)可再生能源的不斷追求，儲(chǔ)能技術(shù)成為了連接能源生產(chǎn)與消費(fèi)的關(guān)鍵紐帶。儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心在于其能夠高效地存儲(chǔ)和釋放能量，而功率器件作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性。
恰好羅姆半導(dǎo)體在功率器件領(lǐng)域擁有深厚的技術(shù)積累和創(chuàng)新解決方案，為儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。為此電子發(fā)燒友網(wǎng)也采訪到了羅姆，邀請(qǐng)其分享在儲(chǔ)能產(chǎn)品中，如何應(yīng)用功率器件來解決復(fù)雜問題。
應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能快速充放電和高功率輸出的挑戰(zhàn)
功率半導(dǎo)體是儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件,從Si、SiC到GaN，羅姆一直在廣泛的領(lǐng)域推動(dòng)先進(jìn)元器件的開發(fā)，同時(shí)積極致力于提供可以更大程度提升這些元器件性能的控制IC、以及與外圍部件相結(jié)合的解決方案。
在功率器件的研發(fā)上，羅姆也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。比如羅姆的SiC MOSFET以其低導(dǎo)通電阻特性和出色的高溫、高頻、高壓性能，成為下一代低損耗半導(dǎo)體的優(yōu)選。這種器件能夠在高溫環(huán)境下保持優(yōu)異的工作特性，減少發(fā)熱量，從而減小散熱器件的數(shù)量和尺寸，減輕逆變器的重量。此外，羅姆還提供與功率器件相結(jié)合的控制IC和外圍部件解決方案，構(gòu)成完整的功率轉(zhuǎn)換方案。
在開發(fā)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效轉(zhuǎn)換、管理與保護(hù)技術(shù)時(shí)，羅姆面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)包括提高功率器件的耐壓能力、降低開關(guān)損耗以及提升器件的工作溫度范圍。為了克服這些挑戰(zhàn)，羅姆通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出了具有更高柵極耐壓的GaN HEMT，以及具有超低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗的SiC MOSFET。這些技術(shù)進(jìn)步不僅提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，還有助于設(shè)備的進(jìn)一步節(jié)能。
儲(chǔ)能產(chǎn)品在為電動(dòng)汽車和電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)時(shí)，需要具備快速充放電能力和高功率輸出特性。這對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)品中的半導(dǎo)體器件提出了更高的要求。羅姆通過提供適合的+/-電源、無誤動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)解決方案，同時(shí)還推出了具有出色開關(guān)特性和高頻特性的GaN器件，其導(dǎo)通電阻低于Si器件，能助力眾多應(yīng)用實(shí)現(xiàn)小型化及更低功耗。
此外在太陽能發(fā)電設(shè)施所用的光伏逆變器中，在其MPPT（Maximum Power Point Tracking）和蓄電單元采用GaN器件，與采用SiC器件時(shí)相比，可以進(jìn)一步降低構(gòu)成電路的線圈部件的電感值（L），從而能夠減少繞線匝數(shù)、或使用尺寸更細(xì)的芯材，因此有助于大大縮小線圈的體積。另外，還可以減少電解電容器的數(shù)量，與Si器件（IGBT）相比，所需安裝面積更小。
羅姆將有助于應(yīng)用產(chǎn)品的節(jié)能和小型化的GaN器件命名為“EcoGaN™系列”，并一直致力于進(jìn)一步提高器件的性能。
針對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)的技術(shù)改進(jìn)與突破
針對(duì)未來儲(chǔ)能市場(chǎng)對(duì)快速充電、大容量、長(zhǎng)壽命等多樣化需求，近幾年羅姆在技術(shù)層面進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)和突破。
2021年羅姆開發(fā)出針對(duì)150V GaN HEMT的8V柵極耐壓技術(shù)，解決了GaN器件的柵極耐壓?jiǎn)栴}，并有助于基站和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的電源實(shí)現(xiàn)更低功耗和小型化。2022年確立柵極耐壓高達(dá)8V的150V GaN HEMT的量產(chǎn)體制。2023年，量產(chǎn)具有業(yè)界超高性能的650V耐壓GaN HEMT，適用于服務(wù)器和AC適配器等各種電源系統(tǒng)的效率提升和小型化。
圖：ROHM EcoGaN™ESS Solution，配合柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)揮GaN更佳性能
同時(shí)，羅姆開發(fā)的EcoGaN™Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”，助力減少服務(wù)器和AC適配器等的損耗和體積，通過替換現(xiàn)有的Si MOSFET，可將器件體積減少約99%，功率損耗減少約55%。此外，羅姆還開發(fā)了可更大程度激發(fā)GaN器件性能超高速柵極驅(qū)動(dòng)器IC，采用業(yè)界先進(jìn)的納秒量級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)，助力LiDAR和數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用的小型化和進(jìn)一步節(jié)能。
隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，AI與儲(chǔ)能的結(jié)合成為了新的發(fā)展趨勢(shì)。AI技術(shù)將為儲(chǔ)能相關(guān)元器件的發(fā)展帶來新的難題，同時(shí)也為儲(chǔ)能市場(chǎng)創(chuàng)造了新的發(fā)展空間。而羅姆功率器件能夠很好應(yīng)對(duì)未來AI時(shí)代下，儲(chǔ)能所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。
對(duì)于未來幾年內(nèi)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，羅姆將繼續(xù)推動(dòng)SiC和GaN等先進(jìn)元器件的開發(fā)，同時(shí)加強(qiáng)與業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的戰(zhàn)略合作，共同推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步。羅姆的目標(biāo)是通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化，為解決社會(huì)能源問題貢獻(xiàn)力量，推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)向更高效率、更低成本的方向發(fā)展。
小結(jié)
羅姆在功率器件領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和解決方案，為儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過不斷的技術(shù)突破和產(chǎn)品優(yōu)化，羅姆正助力儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的效率和可靠性，推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。除了元器件的開發(fā)，羅姆還積極與業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系并推動(dòng)聯(lián)合開發(fā)，通過助力應(yīng)用產(chǎn)品的效率提升和小型化，持續(xù)為解決社會(huì)問題貢獻(xiàn)力量。
