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作者：Riccardo Collura，電源垂直細(xì)分市場(chǎng)經(jīng)理（EMEA），富昌電子 在國(guó)家和全球?qū)用�，脫碳和結(jié)束世界對(duì)化石燃料能源依賴的政策側(cè)重于少數(shù)影響力非常大的技術(shù)： · 多千兆瓦風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)的安裝 · 核裂變發(fā)電的擴(kuò)展以及對(duì)核聚變的持續(xù)投資 · 內(nèi)燃機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)被電池電動(dòng)汽車以及電動(dòng)飛機(jī)取代 支持這些系統(tǒng)的能源基礎(chǔ)設(shè)施和新技術(shù)的生產(chǎn)由少數(shù)全球制造商主導(dǎo)。 但實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)需要幾乎所有類型的電力消耗應(yīng)用（無(wú)論大�。┒紝�(shí)現(xiàn)脫碳和電氣化，幾乎沒(méi)有例外。這對(duì)歐洲成千上萬(wàn)的中小型電子產(chǎn)品制造商具有有趣的影響。小型設(shè)備設(shè)計(jì)的創(chuàng)新機(jī)會(huì)比比皆是，而大型全球OEM廠商往往沒(méi)有能力填補(bǔ)脫碳趨勢(shì)中出現(xiàn)的市場(chǎng)空白。 另一方面，較小的產(chǎn)品制造商可以從這些新機(jī)會(huì)中獲利。在許多情況下，他們可以通過(guò)利用最新電子元器件的特性和功能來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 小于電網(wǎng)規(guī)模的脫碳機(jī)會(huì) 作為一家為工業(yè)、通信和消費(fèi)產(chǎn)品制造商等多元化客戶群提供服務(wù)的寬線電子元器件分銷商，富昌電子能夠鳥瞰整個(gè)歐洲大陸的應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨勢(shì)。我們清楚地看到，在政府、企業(yè)和消費(fèi)者的推動(dòng)下，脫碳進(jìn)程尤其在三個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)造了新的機(jī)遇。 第一個(gè)是太陽(yáng)能收集。這在一定程度上是由地緣政治驅(qū)動(dòng)的：西方世界已決定降低與中國(guó)關(guān)系的風(fēng)險(xiǎn)，這將涉及包括光伏發(fā)電在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)生產(chǎn)的大量回流。因此，目前幾乎全部位于中國(guó)大型工廠的太陽(yáng)能電池板制造可能會(huì)部分返回歐洲和北美。這為歐洲制造商創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，在之前封閉的市場(chǎng)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(shù)創(chuàng)新推動(dòng)了太陽(yáng)能收集的增長(zhǎng)。特別是，太陽(yáng)能收集正在為傳感系統(tǒng)提供新的架構(gòu)。當(dāng)自主、無(wú)電池?zé)o線傳感器和執(zhí)行器可以完全與電網(wǎng)電源脫鉤，并且在整個(gè)使用壽命內(nèi)無(wú)需充電或更換電池時(shí)，就可以完全重新考慮它們的放置和使用方式。轉(zhuǎn)換和使用收集的太陽(yáng)能方面的技術(shù)進(jìn)步使這一變化成為可能。 由脫碳驅(qū)動(dòng)的第二個(gè)變革領(lǐng)域是能源儲(chǔ)存系統(tǒng)（ESS）。在國(guó)家和地區(qū)層面，電力基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商希望利用各種儲(chǔ)存的能源來(lái)平衡風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的波動(dòng)。某種程度上，將利用財(cái)政激勵(lì)措施來(lái)鼓勵(lì)住宅和公司部署ESS，并允許雙向電力交換以平衡電網(wǎng)。這需要設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以使其適用于住宅和商業(yè) ESS 中使用的電動(dòng)汽車 (EV) 電池等系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)按需雙向能量交換。因此，采用新的半導(dǎo)體技術(shù)，即由碳化硅 (SiC) 材料制成的寬帶隙半導(dǎo)體，對(duì)于實(shí)現(xiàn)比硅半導(dǎo)體更高的轉(zhuǎn)換效率變得至關(guān)重要。 第三個(gè)機(jī)會(huì)是計(jì)量，特別是負(fù)載點(diǎn)的直流計(jì)量。為了使ESS普及，ESS 設(shè)備的所有者需要確保他們向電網(wǎng)提供的能源所獲得的收益以及他們的消耗的計(jì)費(fèi)都是準(zhǔn)確的：這需要專用的儀表。 另一個(gè)例子是公共電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施。電動(dòng)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(yè)級(jí)儀表通常只測(cè)量充電設(shè)備消耗的市電交流功率。電動(dòng)汽車駕駛員或代表他們的監(jiān)管機(jī)構(gòu)會(huì)反對(duì)根據(jù)交流輸入來(lái)計(jì)費(fèi)，因?yàn)橛?jì)量值來(lái)自提供給汽車電池的直流輸出。對(duì)于安裝具有廉價(jià)、低效的AC-DC轉(zhuǎn)換級(jí)的充電器的充電站來(lái)說(shuō)，交流計(jì)量使充電站運(yùn)營(yíng)商獲利，但使電動(dòng)汽車駕駛員遭受損失。不久之后，電動(dòng)汽車市場(chǎng)可能會(huì)要求在負(fù)載點(diǎn)使用精確的直流電表來(lái)測(cè)量實(shí)際提供給汽車電池的能量。 如果這些監(jiān)管要求得以實(shí)現(xiàn)，可能會(huì)像太陽(yáng)能逆變器市場(chǎng)一樣，將計(jì)量市場(chǎng)開放給新的、創(chuàng)新的公司，從而使市場(chǎng)更加分散。 元器件創(chuàng)新帶來(lái)新的機(jī)會(huì) 因此，這些機(jī)會(huì)顯而易見(jiàn)。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(lái)性能或成本優(yōu)勢(shì)的新技術(shù)。 在用于無(wú)線傳感器的小規(guī)模太陽(yáng)能收集中，關(guān)鍵功能是將收集到的能量輸入高效轉(zhuǎn)換為有用的、穩(wěn)定的輸出，以驅(qū)動(dòng)傳感器電路。元器件技術(shù)不斷提供更高的效率和集成度：這在Nexperia的專用于太陽(yáng)能收集的電源管理IC（PMIC）NEH2000BY的規(guī)格中得以體現(xiàn)，如圖1所示。該P(yáng)MIC提供一個(gè)高效的DC-DC轉(zhuǎn)換器，可以在低至35 µW的收集能量輸入下運(yùn)行。關(guān)鍵是，該P(yáng)MIC實(shí)現(xiàn)了集成的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）算法，該算法能夠持續(xù)優(yōu)化電路操作，以最大化供應(yīng)給負(fù)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(jìn)的技術(shù)也在改變能源儲(chǔ)存領(lǐng)域的前景：寬帶隙 SiC 半導(dǎo)體使得存儲(chǔ)單元能夠比傳統(tǒng)硅MOSFET或IGBT更高效地進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，且功率損耗更低。 從基于硅的功率開關(guān)遷移到使用SiC MOSFET需要不同的設(shè)計(jì)方法：SiC技術(shù)所提供的優(yōu)越熱性能和更高的開關(guān)頻率意味著制造商可以重新考慮使用的熱和磁組件。據(jù)英飛凌，從超結(jié)MOSFET轉(zhuǎn)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(duì)于開發(fā)新 ESS 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，領(lǐng)先的SiC MOSFET制造商（如英飛凌、安森美或意法半導(dǎo)體）提供的參考設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的起點(diǎn)。例如，英飛凌的REF-DAB11KIZSICSYS是一款CLLC諧振DC-DC轉(zhuǎn)換板，可以在800 V輸出電壓下為高達(dá)11 kW的負(fù)載供電，如圖2所示。憑借其高效的雙向功率流動(dòng)能力和軟開關(guān)特性，它是任何ESS的快速原型設(shè)計(jì)的理想構(gòu)建模塊，也適用于電動(dòng)汽車充電站。該板基于TO-247封裝的1200 V IMZ120R030M1H CoolSiC™ MOSFET，由1EDC20I12AH柵極驅(qū)動(dòng)IC驅(qū)動(dòng)。 意法半導(dǎo)體TN4050HA-12GY 也適用于額定功率高達(dá) 11 kW 的三相電動(dòng)汽車充電器，這是一款 40 A/1,200 V 汽車級(jí)硅控整流晶閘管。這款堅(jiān)固耐用的晶閘管具有 400 A/10 ms 浪涌電流額定值，使設(shè)計(jì)人員能夠在車載充電器中實(shí)現(xiàn)緊湊型浪涌電流限制器，或額定高達(dá) 440 V AC和11 kW的太陽(yáng)能逆變器的相位開關(guān)。
圖2：英飛凌的 REF-DAB11KIZSICSYS 參考設(shè)計(jì)板體積小、重量輕，可以更輕松地集成到 ESS 設(shè)計(jì)中 元器件技術(shù)幫助中小型制造商開拓新機(jī)遇的第三個(gè)領(lǐng)域是直流計(jì)量。公用事業(yè)級(jí)交流電表的設(shè)計(jì)受到法規(guī)的高度限制。然而，在直流計(jì)量方面，還有更多創(chuàng)新的空間。在各個(gè)功能領(lǐng)域，最新技術(shù)可實(shí)現(xiàn)： · 進(jìn)行精確的能量測(cè)量 · 減小儀表的尺寸、重量和成本 · 提供更可靠、便捷的無(wú)線連接和友好的用戶界面 意法半導(dǎo)體的 EVALSTPM-3PHISO 電表評(píng)估板是新型直流電表設(shè)計(jì)的良好起點(diǎn)，如圖 3 所示。該板基于雙通道 24 位 Σ-Δ 調(diào)制器 STPMS2，可通過(guò)分壓器和分流傳感器測(cè)量三個(gè)交流相中每相的電壓和電流。可選的高通濾波器可以測(cè)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(cè)量精度。
圖 3：EVALSTPM-3PHISO 評(píng)估板采用低成本分流傳感器實(shí)現(xiàn)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(yīng)用和用例中，通過(guò)利用富昌電子卓越工程部的專業(yè)知識(shí)，可以促進(jìn)新元器件技術(shù)的使用。該團(tuán)隊(duì)包括電源管理、傳感和嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域的區(qū)域?qū)＜�，得到了�?lái)自卓越中心的實(shí)踐設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的支持，卓越中心為各種電源轉(zhuǎn)換功能開發(fā)了復(fù)雜的參考設(shè)計(jì)。 先進(jìn)的元器件技術(shù)、專家建議以及歐洲中小型電子OEM廠商的創(chuàng)新和工程技能的結(jié)合，為利用歐洲大陸脫碳進(jìn)程帶來(lái)的新機(jī)遇奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 |
