PCIM的创新与技术

宽带隙材料目前在电力电子市场上取得了重大进展，其性能比硅好得多。新电子元件的研究和开发以及由此取得的成果不断发展。碳化硅 （SiC） 技术具有明显的优势，主要与其电阻有关。通过使用这种技术，可以获得与使用硅基技术可获得的相同电阻，但第一种允许我们采用更小的质量。

介绍

碳化硅 （SiC） 和氮化镓 （GaN） 等宽带隙 （WBG） 器件是当下的“热门话题”，随之而来的是将每个器件的尺寸减小到几乎为零的承诺各种应用，例如为无线电池和电源转换器充电。

PCIM 令人兴奋，它提供了有关新思想、技术和产品的有趣信息，为公司提供了促进和支持其行业的机会。PCIM 欧洲顾问委员会授予来自瑞士 ABB 公司研究部的 Jürgen Schuderer 题为“汽车牵引逆变器的高功率碳化硅和硅模块平台”最佳论文。

在 PCIM 的第一天，美国弗吉尼亚理工大学的 Fred Lee 教授发表了题为“下一代电源”的激动人心的主题演讲，重点介绍了电源在这些年来取得的发展。目前，质量已经达到了很高的水平，而且由于材料领域的进一步进步，它们可以继续发挥作用。进步还导致了许多旨在管理高开关频率请求的电路挑战的发展。

目前，SiC 器件的常规电压范围为 650V 至 1200V，甚至更高，而 GaN 仅限于 650V 左右。封装是设备之间更明显的区别；碳化硅器件通常在 TO-247 和 TO-220 房屋中提供，允许快速更换现有项目中的 MOSFET 和 IGBT，并提供直接优势。

PCIM核心

在 PCIM 上，许多公司展示了许多解决方案，有 500 多家参展商提供教程、演示和海报，这些都是学术和研究层面的活动特点。公司已经为各种应用建立了许多包装解决方案。

Danisense推出了适用于 OEM 应用的新型高性能 200A 电流传感传感器，例如粒子加速器和强子治疗设备中的磁场电源、变频驱动器、电池充电器计量和监控。特别是，它已被CERN的团队用作重要升级计划的一部分。所述DC200IF换能器提供的DC和AC与+/- 0.1绝对精度可达5kHz的计量。

英飞凌新闻发布会强调了近年来持续增长的市场方面，这主要是由汽车市场驱动的。英飞凌推出了一个新的封装：Easy 3B。连同其他 Easy 1B 和 2B 封装，这包括最广泛的功率模块产品组合，高度为 12 mm，无底板。凭借最后一个三相逆变器模块，电机驱动器可以依靠最高的功率密度。

随着其碳化硅 （SiC） MOSFET 基础技术的生产斜坡安全完成，英飞凌进入了全面的1200 V CoolSiC™ MOSFET 器件分立产品组合的大批量生产。在 PCIM 上，英飞凌展示了新磁性电流传感器系列的第一个成员：XENSIV™ TLI4971 在工业应用中提供准确和稳定的电流测量。此外，对于汽车客户，英飞凌拥有四款HybridPACK™ Drive 电源模块的新衍生产品，用于混合动力和电动汽车的主逆变器。它们针对 100 kW 和 200 kW 之间的不同逆变器性能水平进行了优化。

该Littelfuse的立场非常具有在高功率领域的最新创新耐人寻味。特别是，它推出了一种新的 1000V 超结，特别适合高效率、高功率密度应用。其中包括谐振模式电源、电池充电器和焊接逆变器。

Pre-Switch 首席执行官 Bruce T. Renouard 展示了 CleanWave 200W 碳化硅逆变器评估系统，该系统使电源设计工程师能够研究公司软开关架构和平台在不同负载、温度、设备容差和退化条件下的准确性。Pre-Switch 的平台，包括由 Pre-Flex™ FPGA 驱动的 Pre-Drive™ 控制器板和 RPG 门驱动器板，几乎消除了开关损耗，实现了 100kHz 的快速开关，显着提高了低扭矩电机效率（图 5） 。

图 5：Pre-Switch 的平台

ROHM Semiconductor 推出了四款新的汽车级 1200V 额定 IGBT，它们非常适用于电子压缩机中使用的逆变器和正温度系数 （PTC） 加热器中使用的开关电路。随着内置 1700V SiC MOSFET 的 BM2SCQ12xT-LBZ 系列 AC/DC 转换器 IC 的上市，产品组合不断增加（图 6）。

ROHM Semiconductor 总裁 Toshimitsu Suzuki 表示：“PCIM Europe 2019 不仅是一次成功的展会，甚至超出了我们的预期。展会上产生的潜在客户将使我们非常忙碌，我们很高兴看到我们的技术在欧洲市场如此受欢迎。”

Wolfspeed 为电动汽车、工业和可再生能源应用推出了全新的、完全集成的产品组合。该产品组合包括C3M MOSFET、C6D Gen 6 二极管 和XM3 电源模块。XM3 针对高密度、低电感占位面积的 SiC MOSFET 进行了优化，可提供出色的电气、热和可靠性性能，同时减少系统故障并增强功率循环能力（图 7）。

Wolfspeed E 系列 SiC MOSFET 提供业界最低的开关损耗和最高的品质因数。E 系列 MOSFET 经过优化，可用于 EV 电池充电器和高压 DC/DC 转换器。

图 7：Wolfspeed 的 XM3 设备

GaN Systems的首席执行官Jim Witham举行了一场有趣的演讲，演讲的题目是“GaN 和工业 4.0——正在彻底改变行业的小变化”。GaN Systems 展示了650 V、150 A GaN 功率晶体管 ——业界电流最高的 650 V GaN 功率晶体管 ——其开关损耗比同类 IGBT 低 100 倍。此外，还展示了来自客户和合作伙伴的广泛的新产品、设备和系统，其中许多目前正在生产中（图 8）。

图 8：GaN Systems 的功率晶体管

螺旋半导体展示了一个新的 DC-DC 产品系列，可最大限度地提高薄型 DC-DC 功率传输，以创建一流的高功率密度解决方案。新产品系列由五个单片、可配置、高压开关电容器 IC 组成，面向非隔离和隔离、降压或升压 DC-DC 转换器应用。Nick Vergunst 发表了题为“电压转换技术的新前沿”的精彩演讲，重点介绍了新型电力电子设备的关键方面，以及对日益提高的功率密度的强烈需求。Nick 展示了 Helix 获得专利的 MuxCapacitor® （MuxCap™） 和电容隔离 （Capso™），这两种技术支持更小、更冷、更高效的产品背后的技术。

图 9：McX300 的评估板

LEM凭借 LZSR 系列传感器扩大了其市场，这是一个可以安装在印刷电路板上的新系列，用于对直流、交流和脉冲电流进行非侵入式隔离测量，额定电流为 100A 至 200A。该系列包括三个新型号：LZSR 100-P、LZSR 150-P 和 LZSR 200-P（图 10）。在 -40 到 +85°C 的温度范围内工作，LZSR 偏移漂移比使用传统霍尔效应芯片的上一代闭环霍尔效应电流传感器好得多（最多好 7 倍）。

与内部键合线通常会限制性能的其他封装不同，Nexperia提供的 LFPAK88 器件利用铜夹和焊接芯片来连接结构，从而实现低电阻和热阻、良好的电流传播和散热。LFPAK88 MOSFET 提供汽车级 （BUK） 和工业 （PSMN） 级。

ADI 公司的专家讨论了当前的电源转换技术挑战。在论坛会议期间，战略营销经理 Stefano Gallinaro 举办了一场题为“储能系统的电池管理：生态系统中的创新”的会议，重点介绍了隔离栅极控制和电源管理集成电路 （PMIC） 的各个方面。各种演示突出了 ADI 为从事高功率系统能量存储领域工作的系统集成商和设计人员提供的服务，这些领域需要提供更高水平的转换效率。

Power Integrations 宣布推出一套包含 900 V 初级 MOSFET 的离线开关 IC。新发布的器件包括用于高效隔离反激电源和简单非隔离降压转换器的 IC。新产品包括 900 V 版本的LinkSwitch™-TN2 IC、InnoSwitch™3-EP IC 系列，可实现高达 35 W 的极高效率隔离反激（图 11）。

Coilcraft继续开发新的 XGL4020 系列高性能模制功率电感器。XGL4020 具有业界最低的直流损耗和极低的交流损耗，适用于各种 DC-DC 转换器（从数百 kHz 到 5+ MHz）。XGL4020 可提供从 0.33 到 8.2 µH 的各种电感值，具有高达 15.2 安培的额定电流和软饱和特性（图 12）。

德州仪器 （TI） 和三菱 （Texas Instruments） 和三菱 （Texas Instruments） 和三菱 （Texas Instruments） 和三菱 （Mitsubishi） 在会议室举行了两次有关运动控制和 SiC 技术的有趣演讲（视频 2 和 3），展示了他们的最新创新。运动控制是软件和硬件的内在结合，实际上代表了一个日益复杂和精密的控制模型。

在这一切中，电动汽车需要高效的电子电源电路来将电能从不同的电压电平转换为交流电，反之亦然。这些电力电子电路的核心是电力电子，例如开关和逆变器。多年来，宽带隙材料不断被引入，例如碳化硅和氮化镓，它们在许多方面都优于硅。独特的特性还有助于减小其他电源电路组件的尺寸，例如冷却系统和无源元件，从而实现更紧凑、更轻的电力电子系统。

结论

GaN 和 SiC 技术正在实现以其他方式无法实现的新一代功率转换设计。PCIM 强调了许多解决方案和改进，从而为汽车和智能建筑的电源设想了一个新世界。基于宽带隙技术的电源开关器件现已量产，并在实际电源应用中提供高效率和功率密度。

审核编辑：郭婷