چرا بازار دستگاه های برقی در حال حاضر بسیار داغ است؟

پذیرش روزافزون وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) و منابع انرژی تجدیدپذیر، توجه دستگاه‌های نیمه‌رسانای قدرت را در کانون توجه قرار داده است. این دستگاه های قدرت همیشه در تعیین کارایی انواع سیستم ها، از وسایل الکترونیکی خانگی کوچک گرفته تا تجهیزات مورد استفاده در فضای بیرونی، ضروری بوده اند. اما با بلندتر شدن درخواست‌ها برای کاهش انتشار کربن، بازار این تراشه‌ها همچنان به شکوفایی ادامه می‌دهد – از 41.81 میلیارد دلار در سال جاری به 49.23 میلیارد دلار تا سال 2028. هوش مورد استفاده.

انفجار در برنامه های تلفن همراه همراه با رشد در بازارهای خودروهای برقی، انرژی های تجدیدپذیر و محاسبات ابری، تقاضا برای SoC ها و سیستم های پیچیده تر و کارآمدتر را افزایش می دهد. این به نوبه خود تقاضا برای افزایش بازده و چگالی توان در دستگاه های قدرت را افزایش می دهد. کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیم (GaN) برای رفع این چالش به کار گرفته می‌شوند و دستگاه‌های کارآمدتری با چگالی توان بالاتر، اما با افزایش پیچیدگی طراحی ارائه می‌کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنچه برای توسعه نیمه هادی های قدرتی لازم است که به طور موثر توان الکتریکی را تبدیل و کنترل می کنند، بخوانید.

مواد جدید کارایی بالاتری را در فاکتورهای شکل کوچکتر به ارمغان می آورند

سوئیچ های نیمه هادی قدرت و مکانیسم های کنترلی توان را از شکلی به شکل دیگر انتقال می دهند و توان تنظیم شده و کنترل شده را به یک سیستم پایانی تامین می کنند. به طور سنتی، دستگاه های قدرت با فناوری نیمه هادی اکسید فلزی (MOS) توسعه یافته اند. به عنوان مثال، ماسفت های قدرت (یا ترانزیستورهای اثر میدانی MOS) جریان یا توان بالا را در مدارها کنترل می کنند و معمولاً به عنوان اجزای مجزا در منابع تغذیه سوئیچینگ و کنترل کننده های موتور یافت می شوند. آی سی های مدیریت توان (PMIC)، که یا در تراشه های سیلیکونی استاندارد تعبیه شده اند یا به عنوان دستگاه های مستقل استفاده می شوند، عملکردهایی از جمله تبدیل DC به DC، شارژ باتری و مقیاس ولتاژ را انجام می دهند. PMIC ها یک بازار مبتنی بر MOS هستند.

با این حال، SiC و GaN اکنون به دلیل مقاومت کمتر و همچنین توانایی کار در دماهای بالاتر و استفاده از فرکانس های سوئیچینگ بالاتر مورد استفاده قرار می گیرند. هر دو ماده بازده و چگالی توان بالاتری را ارائه می دهند. SiC به خودروهای برقی و خودروهای برقی هیبریدی پلاگین علاقه مند شده است و برای سیستم های حمل و نقل بزرگتر مانند قطار، کامیون، هواپیما و قایق در حال بررسی است. تا پایان دهه پیش‌بینی می‌شود که SiC ماده پیشرو در دستگاه‌های قدرت باشد. طراحان شارژرهای لپ تاپ از MOS به GaN می روند زیرا منبع تغذیه با قابلیت اطمینان بالاتر می تواند کوچکتر و کارآمدتر باشد.

برای بهینه‌سازی قدرت، مهم‌ترین جنبه برای بهره‌وری، مقاومت ON است. مقاومت باعث گرما می شود که نشان دهنده اتلاف توان است. وقتی ترانزیستور روشن است، مقاومت ورودی به خروجی چقدر است؟ در مقایسه با MOS، SiC و GaN هر دو دارای مقاومت کمتری هستند، که آنها را برای راندمان بیشتر در سیستم ها جذاب می کند.

درایو دستگاه‌های کارآمدتر، چه در MOS، SiC، یا GaN، به طراحی‌های بزرگ‌تری برای کاهش مقاومت ON نیاز دارد. این به نوبه خود یک چالش طراحی برای اطمینان از روشن شدن یکنواخت دستگاه ایجاد می کند. اگر روشن شدن بخشی از دستگاه بیشتر طول بکشد، جریان کل از بخشی که روشن شده است عبور می کند و باعث چگالی جریان بالاتر از حد انتظار می شود و قابلیت اطمینان را تحت تاثیر قرار می دهد.

با توجه به مسیریابی پیچیده دستگاه های قدرت، تعدادی ابزار تخصصی برای تجزیه و تحلیل دقیق کارایی و قابلیت اطمینان در صحنه ظاهر شده اند. با این حال، با افزایش اندازه طراحی، بسیاری از این ابزارها فاقد ظرفیت مورد نیاز هستند. علاوه بر این، برای ارائه یک تجزیه و تحلیل کامل، مهم است که تأثیر بسته را نیز لحاظ کنید.

بدیهی است که با فشارهای بی‌امان رقابتی و اهداف تهاجمی در زمان ورود به بازار، باید راه کارآمدتری برای ایجاد دستگاه‌های قدرت قابل اعتماد و بادوام وجود داشته باشد که بسیاری از برنامه‌ها به آن نیاز دارند.

راه حلی برای بهینه سازی دستگاه های قدرت

راه‌حلی که فرآیند بهینه‌سازی دستگاه‌های قدرت را خودکار می‌کند، می‌تواند در کوتاه‌تر کردن زمان‌های چرخش و در عین حال ارائه اهداف با کیفیت کمک زیادی کند. میز کار دستگاه قدرت Synopsys یکی از این راه حل ها است. Power Device WorkBench که برای بهینه سازی ترانزیستورهای قدرت طراحی شده است، با تحلیل و شبیه سازی دقیق مقاومت و جریان جریان در اتصالات پیچیده فلزی، کارایی و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد. مهندسان می توانند طرح های خود را برای پارامترهایی از جمله مساحت، قابلیت اطمینان، زمان بندی و دما بهینه کنند. این راه حل با داشتن یک موتور شبیه‌سازی با توان بالا، می‌تواند به طور خودکار تخلفات مربوط به مهاجرت الکتریکی را تصحیح کند و مکان‌هایی را برای بهبود طرح‌بندی طرح برای بهبود کارایی و زمان‌بندی شناسایی کند.

جای تعجب نیست که چرا بازار الکترونیک قدرت در حال حاضر بسیار داغ است. دستگاه های برقی به سادگی در بسیاری از زمینه ها ضروری هستند. مجموعه‌ای از دستگاه‌های باتری‌دار که ما روزانه از آنها استفاده می‌کنیم، محرک‌های کلیدی برای رشد آن‌ها هستند، همانطور که روند پررونق برق‌سازی خودرو و انرژی‌های تجدیدپذیر نیز همین‌طور است. با این حال، خود دستگاه‌ها همچنان پیچیده‌تر می‌شوند، زیرا مهندسان تلاش می‌کنند تا عملکردهای بیشتری را در تراشه‌های منفرد بسته‌بندی کنند و در عین حال خواسته‌ها را برای عملکرد کارآمد و اندازه‌های کوچک برآورده کنند. یک راه‌حل کامل بهینه‌سازی انرژی مانند Power Device WorkBench به این چالش‌ها و همچنین چالش‌هایی که توسط مواد جدید ارائه شده‌اند که به کارآمدتر شدن این دستگاه‌ها کمک می‌کنند، رسیدگی می‌کند.