Mengapa Pasar Perangkat Listrik Begitu Panas Saat Ini?

Meningkatnya penggunaan kendaraan listrik (EV) dan sumber energi terbarukan menyoroti perangkat semikonduktor daya. Perangkat listrik ini selalu penting dalam menentukan efisiensi berbagai sistem, mulai dari peralatan elektronik rumah tangga kecil hingga peralatan yang digunakan di luar angkasa. Namun seiring dengan semakin besarnya seruan untuk mengurangi emisi karbon, pasar chip ini terus berkembang—dari US$41.81 miliar pada tahun ini menjadi US$49.23 miliar pada tahun 2028, menurut Kecerdasan Mordor.

Ledakan aplikasi seluler seiring dengan pertumbuhan pasar kendaraan listrik, energi terbarukan, dan komputasi awan mendorong permintaan akan SoC dan sistem yang lebih kompleks dan efisien. Hal ini pada gilirannya mendorong permintaan akan peningkatan efisiensi dan kepadatan daya pada perangkat listrik. Bahan silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) diadopsi untuk mengatasi tantangan ini, menyediakan perangkat yang lebih efisien dengan kepadatan daya yang lebih tinggi, namun dengan kompleksitas desain yang meningkat. Baca terus untuk mengetahui lebih lanjut tentang apa yang diperlukan untuk mengembangkan semikonduktor daya yang mengubah dan mengontrol daya listrik secara efisien.

Material baru memberikan efisiensi lebih tinggi pada faktor bentuk yang lebih kecil

Sakelar semikonduktor daya dan mekanisme kontrol mentransfer daya dari satu bentuk ke bentuk lainnya, menyuplai daya yang diatur dan dikendalikan ke sistem akhir. Secara tradisional, perangkat listrik telah dikembangkan dengan teknologi semikonduktor oksida logam (MOS). Misalnya, MOSFET daya (atau transistor efek medan MOS) mengontrol arus atau daya tinggi di sirkuit dan biasanya ditemukan, sebagai komponen terpisah, dalam mengganti catu daya dan pengontrol motor. IC manajemen daya (PMIC), yang tertanam dalam chip silikon standar atau digunakan sebagai perangkat mandiri, menjalankan fungsi termasuk konversi DC-ke-DC, pengisian daya baterai, dan penskalaan tegangan. PMIC adalah pasar berbasis MOS.

Namun, SiC dan GaN kini diadopsi karena resistivitasnya yang lebih rendah, serta kemampuannya untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dan menggunakan frekuensi switching yang lebih tinggi. Kedua material tersebut memberikan efisiensi dan kepadatan daya yang lebih tinggi. SiC mulai tertarik pada kendaraan listrik dan kendaraan listrik hibrida plug-in dan sedang dieksplorasi untuk sistem transportasi yang lebih besar, seperti kereta api, truk, pesawat terbang, dan kapal. Pada akhir dekade ini, SiC diperkirakan akan menjadi material terdepan dalam perangkat listrik. Perancang pengisi daya laptop beralih dari MOS ke GaN karena catu daya bisa lebih kecil dan lebih efisien dengan keandalan yang lebih tinggi.

Untuk mengoptimalkan daya, aspek efisiensi yang paling penting adalah resistansi ON. Perlawanan menyebabkan panas, menunjukkan hilangnya daya. Ketika transistor hidup, berapa hambatan dari masukan ke keluaran? Dibandingkan dengan MOS, SiC dan GaN keduanya memiliki resistansi yang lebih rendah, sehingga menarik untuk meningkatkan efisiensi sistem.

Penggerak untuk perangkat yang lebih efisien, baik di MOS, SiC, atau GaN, memerlukan desain yang lebih besar untuk mengurangi resistensi ON. Hal ini pada gilirannya menciptakan tantangan desain untuk memastikan perangkat menyala secara seragam. Jika suatu bagian perangkat membutuhkan waktu lebih lama untuk dihidupkan, total arus mengalir melalui bagian yang dihidupkan, menyebabkan kepadatan arus yang lebih tinggi dari yang diharapkan dan berdampak pada keandalan.

Karena perutean perangkat listrik yang rumit, sejumlah alat khusus telah muncul untuk menganalisis efisiensi dan keandalan secara akurat. Namun, seiring bertambahnya ukuran desain, banyak dari alat-alat ini tidak mempunyai kapasitas yang dibutuhkan. Selain itu, untuk memberikan analisis yang lengkap, penting untuk menyertakan dampak dari paket tersebut.

Tentu saja, dengan tekanan persaingan yang tiada henti dan target waktu pemasaran yang agresif, diperlukan cara yang lebih efisien untuk menciptakan perangkat listrik yang andal dan tahan lama yang dibutuhkan oleh banyak aplikasi.

Solusi untuk mengoptimalkan perangkat daya

Solusi yang mengotomatiskan proses untuk mengoptimalkan perangkat listrik akan sangat membantu dalam mempersingkat waktu penyelesaian sekaligus mencapai target kualitas. Meja Kerja Perangkat Daya Synopsys adalah salah satu solusinya. Dirancang untuk mengoptimalkan transistor daya, Power Device WorkBench meningkatkan efisiensi dan keandalan dengan menganalisis dan mensimulasikan secara cermat hambatan dan aliran arus dalam interkoneksi logam yang kompleks. Insinyur dapat mengoptimalkan desain mereka untuk parameter termasuk area, keandalan, waktu, dan suhu. Dilengkapi mesin simulasi throughput tinggi, solusi ini dapat secara otomatis memperbaiki pelanggaran migrasi listrik dan mengidentifikasi area yang perlu diperbaiki tata letak desainnya guna meningkatkan efisiensi dan waktu.

Tidak heran mengapa pasar elektronika daya begitu panas saat ini. Perangkat listrik sangat penting di banyak bidang. Rangkaian perangkat bertenaga baterai yang kita gunakan sehari-hari merupakan pendorong utama pertumbuhannya, begitu pula tren elektrifikasi kendaraan dan energi terbarukan yang sedang booming. Namun, perangkat itu sendiri terus menjadi lebih kompleks karena para insinyur berusaha untuk mengemas lebih banyak fungsi ke dalam satu chip sekaligus memenuhi tuntutan akan kinerja yang efisien dan ukuran yang kecil. Solusi pengoptimalan daya yang lengkap seperti Power Device WorkBench mengatasi tantangan ini, serta tantangan yang dihadirkan oleh materi baru yang membantu menjadikan perangkat ini lebih efisien.