Güç Cihazları Piyasası Şu Anda Neden Bu Kadar Sıcak?

Elektrikli araçların (EV'ler) ve yenilenebilir enerji kaynaklarının giderek daha fazla benimsenmesi, güç yarı iletken cihazlarına ışık tutuyor. Bu güç cihazları, küçük ev elektroniklerinden uzayda kullanılan ekipmanlara kadar çeşitli sistemlerin verimliliğinin belirlenmesinde her zaman önemli olmuştur. Ancak karbon emisyonlarını azaltma çağrıları yükseldikçe, bu çiplere yönelik pazar gelişmeye devam ediyor; bu yıl 41.81 milyar dolardan 49.23'de 2028 milyar dolara çıkacak. Mordor Zekası.

Elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji ve bulut bilişim pazarlarındaki büyümenin yanı sıra mobil uygulamalardaki patlama, daha karmaşık ve verimli SoC'lere ve sistemlere yönelik talepleri artırıyor. Bu da güç cihazlarında verimliliğin ve güç yoğunluğunun artırılması talebini artırıyor. Silikon karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) malzemeleri, bu zorluğun üstesinden gelmek için benimseniyor ve daha yüksek güç yoğunluğuna sahip, ancak tasarım karmaşıklığı artan daha verimli cihazlar sağlıyor. Elektrik gücünü verimli bir şekilde dönüştüren ve kontrol eden güç yarı iletkenlerini geliştirmek için nelerin gerekli olduğu hakkında daha fazla bilgi edinmek için okumaya devam edin.

Yeni malzemeler daha küçük form faktörlerinde daha yüksek verimlilik sağlıyor

Güç yarı iletken anahtarları ve kontrol mekanizmaları, gücü bir formdan diğerine aktararak uç sisteme düzenlenmiş ve kontrollü güç sağlar. Geleneksel olarak güç cihazları metal oksit yarı iletken (MOS) teknolojisiyle geliştirilmiştir. Örneğin, güç MOSFET'leri (veya MOS alan etkili transistörler) devrelerdeki yüksek akımı veya gücü kontrol eder ve genellikle ayrı bileşenler olarak anahtarlamalı güç kaynaklarında ve motor kontrol cihazlarında bulunur. Standart silikon yongalara yerleştirilmiş veya bağımsız cihazlar olarak kullanılan güç yönetimi IC'leri (PMIC'ler), DC'den DC'ye dönüştürme, pil şarj etme ve voltaj ölçeklendirme gibi işlevleri yerine getirir. PMIC'ler MOS tabanlı bir pazardır.

Bununla birlikte, SiC ve GaN, daha düşük dirençlerinin yanı sıra daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilme ve daha yüksek anahtarlama frekansları kullanabilme yetenekleri nedeniyle artık benimsenmektedir. Her iki malzeme de daha yüksek verimlilik ve güç yoğunluğu sağlar. SiC, EV'ler ve plug-in hibrit EV'ler için ilgi kazanıyor ve trenler, kamyonlar, uçaklar ve tekneler gibi daha büyük taşıma sistemleri için araştırılıyor. On yılın sonunda SiC'nin güç cihazlarında önde gelen malzeme olması bekleniyor. Dizüstü bilgisayar şarj cihazı tasarımcıları, güç kaynağının daha küçük, daha verimli ve daha yüksek güvenilirliğe sahip olabilmesi nedeniyle MOS'tan GaN'ye geçiyor.

Gücü optimize etmek için verimlilik açısından en kritik husus AÇIK direncidir. Direnç, güç kaybını temsil eden ısıya neden olur. Transistör devredeyken girişten çıkışa olan direnç nedir? MOS ile karşılaştırıldığında SiC ve GaN'nin her ikisi de daha düşük dirence sahiptir ve bu da onları sistemlerde daha fazla verimlilik sağlamak açısından çekici kılmaktadır.

MOS, SiC veya GaN olsun, daha verimli cihazlara yönelik sürücü, ON direncini azaltmak için daha büyük tasarımlar gerektirir. Bu da cihazın eşit şekilde açılmasını sağlama konusunda tasarım zorluğu yaratır. Cihazın bir bölümünün açılması daha uzun sürerse, toplam akım açılan bölümden akar, bu da beklenenden daha yüksek akım yoğunluğuna neden olur ve güvenilirliği etkiler.

Güç cihazlarının karmaşık yönlendirmesi nedeniyle, verimliliği ve güvenilirliği doğru bir şekilde analiz etmek için bir dizi özel araç ortaya çıktı. Ancak tasarım boyutu büyüdükçe bu araçların çoğu gerekli kapasiteden yoksundur. Ayrıca eksiksiz bir analiz sağlamak için paketin etkisinin de dahil edilmesi önemlidir.

Açıkça görülüyor ki, bitmek bilmeyen rekabet baskıları ve agresif pazara sunma süresi hedefleri göz önüne alındığında, pek çok uygulamanın gerektirdiği güvenilir, uzun ömürlü güç cihazlarını yaratmanın daha verimli bir yolu olması gerekiyor.

Güç cihazlarını optimize etmeye yönelik çözüm

Güç cihazlarını optimize etme sürecini otomatikleştiren bir çözüm, kalite hedeflerine ulaşırken geri dönüş sürelerini kısaltma konusunda uzun bir yol kat edecektir. Synopsys Güç Cihazı WorkBench böyle bir çözümdür. Güç transistörlerini optimize etmek için tasarlanan Power Device WorkBench, karmaşık metal ara bağlantılarındaki direnci ve akım akışını dikkatli bir şekilde analiz edip simüle ederek verimliliği ve güvenilirliği artırır. Mühendisler tasarımlarını alan, güvenilirlik, zamanlama ve sıcaklık gibi parametrelere göre optimize edebilir. Yüksek verimli bir simülasyon motoruna sahip olan çözüm, elektromigrasyon ihlallerini otomatik olarak düzeltebilir ve verimliliği ve zamanlamayı iyileştirmek için bir tasarımın düzeninin nerede iyileştirileceğini belirleyebilir.

Güç elektroniği pazarının şu anda neden bu kadar sıcak olduğu şaşırtıcı değil. Güç cihazları pek çok alanda kesinlikle gereklidir. Her gün kullandığımız pille çalışan cihaz çeşitleri, araç elektrifikasyonu ve yenilenebilir enerjide hızla artan trendler gibi, bu büyümenin temel itici güçleridir. Bununla birlikte, mühendisler verimli performans ve küçük boyut taleplerini karşılarken tek yongalara daha fazla işlevsellik sığdırmaya çalıştıkça, cihazların kendisi de daha karmaşık hale gelmeye devam ediyor. Power Device WorkBench gibi eksiksiz bir güç optimizasyon çözümü, bu zorlukların yanı sıra bu cihazları daha da verimli hale getirmeye yardımcı olan yeni malzemelerin sunduğu zorlukları da giderir.