지금 전력기기 시장이 왜 이렇게 뜨거운가요?

전기 자동차(EV)와 재생 가능 에너지원의 채택이 증가하면서 전력 반도체 장치가 주목을 받고 있습니다. 이러한 전력 장치는 소형 가전 제품부터 우주 공간에서 사용되는 장비에 이르기까지 다양한 시스템의 효율성을 결정하는 데 항상 필수적이었습니다. 그러나 탄소 배출을 줄여야 한다는 요구가 커지면서 이러한 칩 시장은 올해 41.81억 49.23천만 달러에서 2028년 XNUMX억 XNUMX천만 달러로 계속 성장할 것이라고 합니다. 모르도르 지능.

EV, 재생 가능 에너지, 클라우드 컴퓨팅 시장의 성장과 함께 모바일 애플리케이션의 폭발적인 증가로 인해 더욱 복잡하고 효율적인 SoC 및 시스템에 대한 수요가 늘어나고 있습니다. 이는 결국 전력 장치의 효율성과 전력 밀도 증가에 대한 요구를 불러일으킵니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 탄화 규소(SiC) 및 질화 갈륨(GaN) 재료가 채택되고 있으며, 전력 밀도는 더 높지만 설계 복잡성은 증가하는 보다 효율적인 장치를 제공합니다. 전력을 효율적으로 변환하고 제어하는 ​​전력 반도체를 개발하는 데 필요한 사항에 대해 자세히 알아 보려면 계속 읽어보세요.

새로운 소재는 더 작은 폼 팩터에서 더 높은 효율성을 제공합니다.

전력 반도체 스위치 및 제어 메커니즘은 전력을 한 형태에서 다른 형태로 전달하여 최종 시스템에 조정 및 제어된 전력을 공급합니다. 전통적으로 전력소자는 금속산화물반도체(MOS) 기술로 개발됐다. 예를 들어 전력 MOSFET(또는 MOS 전계 효과 트랜지스터)은 회로의 고전류 또는 전력을 제어하며 일반적으로 스위칭 전원 공급 장치 및 모터 컨트롤러에서 개별 부품으로 사용됩니다. 표준 실리콘 칩에 내장되거나 독립형 장치로 사용되는 PMIC(전력 관리 IC)는 DC-DC 변환, 배터리 충전, 전압 스케일링 등의 기능을 수행합니다. PMIC는 MOS 기반 시장입니다.

그러나 SiC와 GaN은 저항이 더 낮을 뿐만 아니라 더 높은 온도에서 작동하고 더 높은 스위칭 주파수를 사용할 수 있기 때문에 현재 채택되고 있습니다. 두 재료 모두 더 높은 효율과 전력 밀도를 제공합니다. SiC는 EV 및 플러그인 하이브리드 EV에 대한 관심을 얻고 있으며 기차, 트럭, 비행기 및 보트와 같은 대규모 운송 시스템에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 2010년 말까지 SiC는 전력 장치 분야의 선도적인 소재가 될 것으로 예상됩니다. 노트북 충전기 설계자는 MOS에서 GaN으로 전환하고 있습니다. 그 이유는 전원 공급 장치가 더 작고 더 효율적이며 더 높은 신뢰성을 가질 수 있기 때문입니다.

전력을 최적화하기 위해 효율성에 가장 중요한 측면은 ON 저항입니다. 저항은 열을 발생시키며 이는 전력 손실을 나타냅니다. 트랜지스터가 켜져 있을 때 입력에서 출력까지의 저항은 얼마입니까? MOS에 비해 SiC와 GaN은 모두 저항이 낮기 때문에 시스템 효율을 높이는 데 매력적입니다.

MOS, SiC, GaN 등 보다 효율적인 장치를 구동하려면 ON 저항을 줄이기 위해 더 큰 설계가 필요합니다. 이는 결국 장치가 균일하게 켜지도록 하는 설계상의 문제를 야기합니다. 장치의 한 부분을 켜는 데 시간이 더 오래 걸리면 전체 전류가 켜진 부분을 통해 흐르게 되어 예상보다 높은 전류 밀도가 발생하고 신뢰성에 영향을 미칩니다.

전력 장치의 복잡한 라우팅으로 인해 효율성과 신뢰성을 정확하게 분석하기 위한 다양한 전문 도구가 현장에 등장했습니다. 그러나 설계 규모가 커짐에 따라 이러한 도구 중 상당수는 필요한 용량이 부족합니다. 또한 완전한 분석을 제공하려면 패키지의 영향을 포함하는 것이 중요합니다.

끊임없는 경쟁 압력과 공격적인 출시 시간 목표가 작용하는 상황에서 수많은 애플리케이션에 필요한 안정적이고 오래 지속되는 전력 장치를 만드는 보다 효율적인 방법이 필요하다는 것은 분명합니다.

전력소자 최적화 솔루션

전력 장치를 최적화하는 프로세스를 자동화하는 솔루션은 품질 목표를 달성하는 동시에 처리 시간을 단축하는 데 큰 도움이 됩니다. Synopsys 전력 장치 워크벤치 그러한 솔루션 중 하나입니다. 전력 트랜지스터를 최적화하도록 설계된 Power Device WorkBench는 복잡한 금속 상호 연결 내의 저항과 전류 흐름을 주의 깊게 분석하고 시뮬레이션하여 효율성과 신뢰성을 향상시킵니다. 엔지니어는 면적, 신뢰성, 타이밍, 온도 등의 매개변수에 맞게 설계를 최적화할 수 있습니다. 처리량이 높은 시뮬레이션 엔진을 갖춘 이 솔루션은 일렉트로마이그레이션 위반을 자동으로 수정하고 설계 레이아웃을 개선하여 효율성과 타이밍을 개선할 부분을 식별할 수 있습니다.

지금 전력전자 시장이 그토록 뜨거운 이유는 전혀 놀라운 일이 아닙니다. 전력 장치는 정말 많은 분야에서 필수적입니다. 우리가 매일 사용하는 다양한 배터리 구동 장치는 차량 전기화 및 재생 에너지 분야의 호황 추세와 마찬가지로 성장의 핵심 동인입니다. 그러나 엔지니어들이 효율적인 성능과 작은 크기에 대한 요구를 충족하면서 단일 칩에 더 많은 기능을 담으려고 노력함에 따라 장치 자체는 계속해서 더욱 복잡해지고 있습니다. Power Device WorkBench와 같은 완전한 전력 최적화 솔루션은 이러한 문제뿐만 아니라 이러한 장치를 더욱 효율적으로 만드는 데 도움이 되는 새로운 소재로 제시되는 문제도 해결합니다.