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作者：Riccardo Collura，電源垂直細分市場經理（EMEA），富昌電子 在國家和全球層面，脫碳和結束世界對化石燃料能源依賴的政策側重于少數影響力非常大的技術： · 多千兆瓦風電場、太陽能發電場的安裝 · 核裂變發電的擴展以及對核聚變的持續投資 · 內燃機推進系統被電池電動汽車以及電動飛機取代 支持這些系統的能源基礎設施和新技術的生產由少數全球制造商主導。 但實現凈零目標需要幾乎所有類型的電力消耗應用（無論大�。┒紝崿F脫碳和電氣化，幾乎沒有例外。這對歐洲成千上萬的中小型電子產品制造商具有有趣的影響。小型設備設計的創新機會比比皆是，而大型全球OEM廠商往往沒有能力填補脫碳趨勢中出現的市場空白。 另一方面，較小的產品制造商可以從這些新機會中獲利。在許多情況下，他們可以通過利用最新電子元器件的特性和功能來實現這一點。 小于電網規模的脫碳機會 作為一家為工業、通信和消費產品制造商等多元化客戶群提供服務的寬線電子元器件分銷商，富昌電子能夠鳥瞰整個歐洲大陸的應用和系統設計趨勢。我們清楚地看到，在政府、企業和消費者的推動下，脫碳進程尤其在三個領域創造了新的機遇。 第一個是太陽能收集。這在一定程度上是由地緣政治驅動的：西方世界已決定降低與中國關系的風險，這將涉及包括光伏發電在內的關鍵技術生產的大量回流。因此，目前幾乎全部位于中國大型工廠的太陽能電池板制造可能會部分返回歐洲和北美。這為歐洲制造商創造了機會，在之前封閉的市場中獲得意想不到的份額。 在微觀層面上，支持新用例的電子技術創新推動了太陽能收集的增長。特別是，太陽能收集正在為傳感系統提供新的架構。當自主、無電池無線傳感器和執行器可以完全與電網電源脫鉤，并且在整個使用壽命內無需充電或更換電池時，就可以完全重新考慮它們的放置和使用方式。轉換和使用收集的太陽能方面的技術進步使這一變化成為可能。 由脫碳驅動的第二個變革領域是能源儲存系統（ESS）。在國家和地區層面，電力基礎設施運營商希望利用各種儲存的能源來平衡風能和太陽能發電的波動。某種程度上，將利用財政激勵措施來鼓勵住宅和公司部署ESS，并允許雙向電力交換以平衡電網。這需要設計創新，以使其適用于住宅和商業 ESS 中使用的電動汽車 (EV) 電池等系統，并實現按需雙向能量交換。因此，采用新的半導體技術，即由碳化硅 (SiC) 材料制成的寬帶隙半導體，對于實現比硅半導體更高的轉換效率變得至關重要。 第三個機會是計量，特別是負載點的直流計量。為了使ESS普及，ESS 設備的所有者需要確保他們向電網提供的能源所獲得的收益以及他們的消耗的計費都是準確的：這需要專用的儀表。 另一個例子是公共電動汽車充電基礎設施。電動汽車電池主要采用直流充電，但公共充電站使用的公用事業級儀表通常只測量充電設備消耗的市電交流功率。電動汽車駕駛員或代表他們的監管機構會反對根據交流輸入來計費，因為計量值來自提供給汽車電池的直流輸出。對于安裝具有廉價、低效的AC-DC轉換級的充電器的充電站來說，交流計量使充電站運營商獲利，但使電動汽車駕駛員遭受損失。不久之后，電動汽車市場可能會要求在負載點使用精確的直流電表來測量實際提供給汽車電池的能量。 如果這些監管要求得以實現，可能會像太陽能逆變器市場一樣，將計量市場開放給新的、創新的公司，從而使市場更加分散。 元器件創新帶來新的機會 因此，這些機會顯而易見。但能否從中獲利，很大程度上取決于制造商在多大程度上成功部署能帶來性能或成本優勢的新技術。 在用于無線傳感器的小規模太陽能收集中，關鍵功能是將收集到的能量輸入高效轉換為有用的、穩定的輸出，以驅動傳感器電路。元器件技術不斷提供更高的效率和集成度：這在Nexperia的專用于太陽能收集的電源管理IC（PMIC）NEH2000BY的規格中得以體現，如圖1所示。該PMIC提供一個高效的DC-DC轉換器，可以在低至35 µW的收集能量輸入下運行。關鍵是，該PMIC實現了集成的最大功率點跟蹤（MPPT）算法，該算法能夠持續優化電路操作，以最大化供應給負載的功率。 
圖1：Nexperia的NEH2000BY能量收集PMIC采用16端子QFN封裝，封裝尺寸為3 mm x 3 mm 先進的技術也在改變能源儲存領域的前景：寬帶隙 SiC 半導體使得存儲單元能夠比傳統硅MOSFET或IGBT更高效地進行功率轉換，且功率損耗更低。 從基于硅的功率開關遷移到使用SiC MOSFET需要不同的設計方法：SiC技術所提供的優越熱性能和更高的開關頻率意味著制造商可以重新考慮使用的熱和磁組件。據英飛凌，從超結MOSFET轉向CoolSiC™ MOSFET可以在不增加電池尺寸的情況下提高約2%的能量容量。 對于開發新 ESS 產品的設計團隊來說，領先的SiC MOSFET制造商（如英飛凌、安森美或意法半導體）提供的參考設計是一個很好的起點。例如，英飛凌的REF-DAB11KIZSICSYS是一款CLLC諧振DC-DC轉換板，可以在800 V輸出電壓下為高達11 kW的負載供電，如圖2所示。憑借其高效的雙向功率流動能力和軟開關特性，它是任何ESS的快速原型設計的理想構建模塊，也適用于電動汽車充電站。該板基于TO-247封裝的1200 V IMZ120R030M1H CoolSiC™ MOSFET，由1EDC20I12AH柵極驅動IC驅動。 意法半導體TN4050HA-12GY 也適用于額定功率高達 11 kW 的三相電動汽車充電器，這是一款 40 A/1,200 V 汽車級硅控整流晶閘管。這款堅固耐用的晶閘管具有 400 A/10 ms 浪涌電流額定值，使設計人員能夠在車載充電器中實現緊湊型浪涌電流限制器，或額定高達 440 V AC和11 kW的太陽能逆變器的相位開關。
圖2：英飛凌的 REF-DAB11KIZSICSYS 參考設計板體積小、重量輕，可以更輕松地集成到 ESS 設計中 元器件技術幫助中小型制造商開拓新機遇的第三個領域是直流計量。公用事業級交流電表的設計受到法規的高度限制。然而，在直流計量方面，還有更多創新的空間。在各個功能領域，最新技術可實現： · 進行精確的能量測量 · 減小儀表的尺寸、重量和成本 · 提供更可靠、便捷的無線連接和友好的用戶界面 意法半導體的 EVALSTPM-3PHISO 電表評估板是新型直流電表設計的良好起點，如圖 3 所示。該板基于雙通道 24 位 Σ-Δ 調制器 STPMS2，可通過分壓器和分流傳感器測量三個交流相中每相的電壓和電流�？蛇x的高通濾波器可以測量直流電流和電壓。 傳感電路和 PCB 布局最大限度地提高了信噪比，從而提供最佳的測量精度。
圖 3：EVALSTPM-3PHISO 評估板采用低成本分流傳感器實現完整的三相電能表 使用新元器件可獲得的專家支持 在所有這些應用和用例中，通過利用富昌電子卓越工程部的專業知識，可以促進新元器件技術的使用。該團隊包括電源管理、傳感和嵌入式系統等領域的區域專家，得到了來自卓越中心的實踐設計專業知識的支持，卓越中心為各種電源轉換功能開發了復雜的參考設計。 先進的元器件技術、專家建議以及歐洲中小型電子OEM廠商的創新和工程技能的結合，為利用歐洲大陸脫碳進程帶來的新機遇奠定了堅實的基礎。 |
