原标题：专家关注电源转换应用趋势

　　在功率转换系统中，获得最高效率至关重要。

　　在需要为多个电子设备提供正确电源的电源转换系统中，获得尽可能高的效率至关重要。一方面，全球最新出台的法规要求以最小的损耗构建功率转换级。另一方面，环境问题和减少CO的必要性2 排放越来越多地将制造商和消费者引向“绿色”解决方案。

　　在上个月于慕尼黑举行的2022年慕尼黑电子展上，《电力电子新闻》主编毛里齐奥·迪·保罗·埃米利奥(Maurizio Di Paolo Emilio)聚集在一起的小组成员谈到了与功率转换应用相关的技术趋势和创新技术。

　　在本次小组讨论中，演讲者分享了新的技术解决方案，如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)半导体，以支持不同应用和市场的功率转换。

　　电源转换趋势

　　得益于为所有工业、消费和汽车应用提供节能解决方案的尖端电源管理器件，可以实现功率因数校正 (PFC) 的改进和待机功耗的降低。为了满足不断提高的性能和效率标准，电源转换拓扑必须具有创新性和可行性。

　　如何满足效率、高功率密度、小尺寸和出色的热管理等具有挑战性的要求?

　　“实现高效率的最佳方法是消除损耗，在此过程中，您必须采取整体系统方法，”Silanna Semiconductor North America首席执行官Mark Drucker说。“我们将通过减少损失来提高效率。

　　Eggtronic的Matteo Ovi

　　位于意大利摩德纳的 Eggtronic 开发了专有的电源转换技术，专门设计用于提供更小、更高效的电源转换器、电源适配器和电源充电器。

　　“我们在Eggtronic的目标主要是为最终用户提供更高效的功率器件和架构，”EggtronicB销售和业务开发主管Matteo Ovi说。“对于低功耗设备，我们提供ZVS(零电压开关)解决方案，而对于更高功率(高达500 W及以上)，我们开发了具有单级PFC和隔离谐振稳压器的新架构。

　　“我们解决方案的主要优势显然是效率，因为我们正在减少损失，”他补充说。“第二个是减少活性成分的数量。最后，这使我们能够在 240 W 时实现高于 85% 的效率水平，并符合 48 V 的 USB PD 3.1 标准。

　　连接设备的激增和云的使用不断扩大，需要存储大量数据并通过网络进行访问。考虑到数据中心每年消耗数太瓦的电力，所有这些都会对功耗产生重大影响。目前有哪些解决方案可以使数据中心更高效?

　　Empower Semiconductor的Steve Shultis

　　“我认为，如果我们都想要获得娱乐，连接和类似的东西，我们就无法阻止数据中心吞噬电力，”Empower Semiconductor销售和营销高级副总裁Steve Shultis说。“在Empower Semiconductor，我们遵循不同的方法。我们的技术特定于负载点供电调节，我们对数据中心环境的目标更多的是拉平曲线。

　　“我们相信，通过高性能和高带宽电压调节，我们可以从核心硅GPU和处理器中释放出更多的性能，”他补充说。“通过实现这一点，您可以进行扩展，同时满足数据中心的电力需求和系统效率目标。

　　最近的全球芯片短缺也影响了电力行业。为了解决这个问题，制造商正在扩大产能，既要建造新的设施，又要采用更大的晶圆，以提供更高的产量并降低成本。

　　“控制整个供应链非常重要，”安森美汽车牵引解决方案总监Pietro Scalia说。“我们需要消除半导体的缺陷，因为它使解决方案变得昂贵。我要说，能力当然是我们今天的主要关切之一，而不是我们自己。假设整个市场都处于同样的情况。

　　他说，他相信“产能意味着一级供应商的投资，这意味着像安森美这样的供应商在这里建立合作伙伴关系。

　　在效率方面，我们最近看到了AC/DC转换器的许多发展和进步，AC/DC转换器是电源应用中的关键组件。

　　Silanna Semiconductor North America的Mark Drucker

　　“我们已经发布了几款开关频率明显高于竞争对手的产品，”德鲁克说。

　　正如他所指出的，Silanna正在采取非常全面的眼光来开发这些产品。他们在开发和设计芯片的同时进行参考设计开发。这使他们能够立即获得设计反馈，仔细注意电路板布局、引脚排列、元件选择和滤波器元件。

　　凭借其集成的稳压器专有技术，Empower半导体推出了一种新型电容器，称为e-cap。它是一种硅电容器技术，可将多个分立电容集成到单个集成固态器件中。

　　“电容器是最基本和最基本的组件之一，但该行业几代人都没有创新，”舒尔蒂斯说。“对于我们的集成稳压器，我们需要比MLCC电容器更稳定和紧凑的产品来实现高开关频率。由于它不存在，我们出于这些原因开发了e-cap硅电容器技术。

　　宽带隙材料

　　近年来，SiC和GaN在功率元件市场不断涌现，获得了越来越多的行业认可。小组成员讨论了宽带隙技术在多种应用环境中的前景和挑战，以及广泛采用宽带隙技术需要克服的最后障碍，例如大批量功能和价格。

　　当您想在市场上推出新设备时，需要考虑的一个非常重要的方面是定义能够尽可能忠实地反映组件的静态和动态行为的模型。由于非常关键，这项活动并非没有问题，包括温度。

　　安世半导体的迪尔德·乔杜里

　　在设计新的SiC或GaN基部件时，需要精确地孵化到模型中的独立参数。此外，要运行系统级仿真，必须定义与温度相关的基板上的接口和冷却材料的行为。例如，在室温下，SiC的导热性比硅高3.7×至4×。

　　“当你接近高达175°C的温度时，导热系数将显著下降，”Nexperia功率GaN技术战略营销总监Dilder Chowdhury说。“我们通常从一个简单的模型开始，获得我们的alpha样本。我们立即开始将 alpha 器件的性能与仿真进行比较，然后微调温度相关参数。这就是我们如何更接近现实生活中的行为。

　　SiC和GaN在车辆的电气化过程中起着至关重要的作用，特别是在逆变器和功率转换器中。特别是SiC的高击穿电压，支持EV总线逐渐过渡到800 V电压，这可以提供更快的充电时间和更好的热管理。

　　Microchip Technology的Erich Niklas

　　“通过几年前收购Microsemi，Microchip继承了功率模块产品线，”Microchip Technology的SiC技术营销高级渠道经理Erich Niklas说。“我们坚信碳化硅模块，市场对牵引逆变器和存储设备等应用的需求非常明显，在这些应用中，模块越来越多地进入画面。

　　他补充说，今年，Microchip发布了3.3 kV SiC FET和二极管(现在是分立的)，“但关键是将这些器件用作各种应用中的功率模块，而不是分立版本。模块无疑是未来更高功率应用碳化硅的关键。

　　由于其间歇性可用性，可再生能源需要适当的储能解决方案。这反过来又需要高效的电源转换系统。

　　“从效率的角度来看，我们已经就下一步需要改进的地方进行了研究，”Ovi说。“我们已经看到，最突出的市场是电池存储市场。这些类型的设备始终 24/7 全天候工作，减少整体损失确实可以有所作为。

　　“我们已经设计了10 W至10 kW以上的功率转换器，用于基于电池的储能，提供不同的功能，如单向和双向充电器，以及CC / CV或自定义充电算法，”他补充说。

　　小组讨论结束时对年轻工程师在电力电子行业的需求和作用进行了一些考虑。演讲者一致认为，该行业对年轻工程师的需求很大，尤其是在电力领域。

　　“我们正在取得如此大的进展，但还有很长的路要走，”德鲁克说。“有很多令人兴奋的发展，新材料，新设备，新架构。我认为这是一个巨大而令人兴奋的机会，你真的可以同时为改善地球做出贡献。

　　本文最初发表于 电子电气时报.

　　Stefano Lovati是AspenCore的特约技术撰稿人。