
從電器到汽車(chē),從工廠到基礎(chǔ)設(shè)施,電機(jī)無(wú)處不在。而隨著節(jié)能減排成為全球不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì),提升電機(jī)能效顯得愈發(fā)關(guān)鍵。研發(fā)工程師需要不斷在提升能效、降低能耗、提高可靠性、減少元件數(shù)量等方面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮。安森美認(rèn)為開(kāi)發(fā)先進(jìn)的控制算法,采用新型高效電機(jī)結(jié)構(gòu),并引入現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)是提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)性能的有效手段,并在身體力行地推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。
本期電源網(wǎng)高端訪談邀請(qǐng)到安森美現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Tom Huang,安森美模擬與混合信號(hào)事業(yè)部中國(guó)區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理Jagger Yan,安森美模擬與混合信號(hào)事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展高級(jí)經(jīng)理Henry Yang一起深入探討在提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的性能上,安森美的重點(diǎn)是什么?市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的電驅(qū)方案?公司在電動(dòng)汽車(chē)高效電機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域有何具體規(guī)劃?如何在中國(guó)開(kāi)拓新客戶(hù)?在機(jī)器人市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)支出和新品研發(fā)投入上采取了哪些措施和部署?核心產(chǎn)品包括哪些?安森美如何助力打造可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)?等工程師關(guān)心的問(wèn)題。
電源網(wǎng):在提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的性能上,安森美的重點(diǎn)是什么?
安森美現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Tom Huang: 如今,電機(jī)約占全球電力消耗的一半,而且這一比例還在不斷增長(zhǎng)。隨著全球減排力度不斷加大,我們認(rèn)為提升電機(jī)能效顯得愈發(fā)關(guān)鍵。為此就需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的控制算法,采用新型高效電機(jī)結(jié)構(gòu),并引入現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)。
相較于傳統(tǒng)的節(jié)流控制 (Throttle control),采用變頻驅(qū)動(dòng) (VFD) 的工業(yè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能效更高。借助現(xiàn)代半導(dǎo)體和新型電機(jī)架構(gòu),電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的能效和壽命可得到提升。安森美 (onsemi) 提供各種各樣的 VFD 產(chǎn)品,包括 MOSFET、IGBT、二極管、功率集成模塊 (PIM) 和智能功率模塊 (IPM),也提供子系統(tǒng)中使用的其他器件和技術(shù),包括:柵極驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)算放大器、位置傳感器、溫度傳感器,以及其他用于控制和感知的器件。
更高性能功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)入,例如碳化硅 MOSFET的發(fā)展,它提供了更高的開(kāi)關(guān)頻率、更低的導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗,從而提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率和功率密度。另外,由于這些功率半導(dǎo)體器件可以支持更高的開(kāi)關(guān)頻率,這使得可以設(shè)計(jì)更小的組件尺寸從而減小系統(tǒng)的體積和重量。而更低的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗,則可以提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率,減少了熱損耗,同時(shí)也減輕了散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度,因此電機(jī)控制系統(tǒng)可以在更小的封裝內(nèi)提供更大的功率,功率密度得到顯著提升。安森美是領(lǐng)先的功率器件廠商,能夠提供適用于目前電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的各種功率半導(dǎo)體解決方案。安森美也是唯一能提供從碳化硅襯底到模塊的端到端供應(yīng)商。憑借我們的碳化硅產(chǎn)品整合的端到端供應(yīng)鏈和領(lǐng)先市場(chǎng)的效率,我們?yōu)榭蛻?hù)提供所需的供應(yīng)保證,以支持未來(lái)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。
電源網(wǎng):安森美有哪些產(chǎn)品能夠提供具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的電驅(qū)方案?
安森美現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Tom Huang: 安森美提供廣泛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)解決方案,包括電機(jī)控制器及變頻驅(qū)動(dòng)(VFD)產(chǎn)品,如MOSFET、IGBT、二極管、PIM和IPM,用于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以提高能效和控制精度。MOSFET必須由柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng),集成多種特性的單片三相柵極驅(qū)動(dòng)器正在興起,并成為發(fā)展趨勢(shì)。例如驅(qū)動(dòng)器NCD83591是工業(yè)應(yīng)用的理想之選,工作電壓范圍5-60V,F(xiàn)ET恒流驅(qū)動(dòng),電流最高可達(dá)250mA,優(yōu)化的物料單(BOM)成本,易于使用。
安森美提供基于屏蔽柵極溝槽技術(shù)的 MOSFET(30V 至 150V),例如基于 T10 技術(shù)的全新 30-40V 和 80V MOSFET 支持低壓與中壓應(yīng)用,適合于電機(jī)控制。用于電機(jī)控制的 T10M 器件提供出色的導(dǎo)通電阻,UIS 能力提高 10%,并具有優(yōu)異的體二極管軟恢復(fù)性能,可降低電壓尖峰并解決 EMI 問(wèn)題。對(duì)于高功率應(yīng)用中的三相 BLDC 電機(jī),安森美推薦使用基于 PTNG 技術(shù)的 MOSFET(80V、100V、120V和150V),其中100V和150V電壓等級(jí),Power88封裝的NTMTSC1D6N10MC、NTMTSC4D3N15MC,Toll封裝的NTBLS1D5N10MC MOSFET 可滿足高性能應(yīng)用的要求。
值得特別一提的是,在1200V平臺(tái),安森美近期新推出的采用了新的場(chǎng)截止第7代(FS7)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)技術(shù)的1200V SPM31智能功率模塊,電流能力覆蓋15-35A,與市場(chǎng)上其他的解決方案相比,該產(chǎn)品具有更高能效、更小尺寸,以及更高功率密度等特點(diǎn),從而使總體系統(tǒng)成本更低,非常適合三相變頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用,如熱泵、商用暖通空調(diào)系統(tǒng)以及工業(yè)泵和風(fēng)扇等。
安森美也提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)的demo方案,例如使用新一代的NFAM5065L4B 模塊,整合旗下DC-DC Convert , Aux Power PWM IC , OPA & LDO元件,推出高能效低功耗4KW 工業(yè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器方案,適用于各式交流感應(yīng)馬達(dá),如PMSM、BLDC 等,為業(yè)界找尋高效率低功耗馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器,提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)選擇。
安森美模擬與混合信號(hào)事業(yè)部中國(guó)區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理 Jagger Yan: 精密的電機(jī)控制還取決于對(duì)電機(jī)位置的精準(zhǔn)檢測(cè),安森美的NCS32100雙電感式旋轉(zhuǎn)位置傳感器,具備與高端光學(xué)編碼器相媲美的高精度與高轉(zhuǎn)速性能。使用這種傳感器對(duì)于制造業(yè)意味著更精密的運(yùn)動(dòng)控制、更準(zhǔn)確的質(zhì)量檢測(cè)以及更高效的生產(chǎn)線監(jiān)控,有助于提升制造過(guò)程的可靠性和生產(chǎn)效率。在汽車(chē)行業(yè),高精度傳感器可以支持更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能,如精確的轉(zhuǎn)向控制、車(chē)輛動(dòng)態(tài)管理及剎車(chē)系統(tǒng)精確度提升。
電源網(wǎng):面對(duì)中國(guó)智能汽車(chē)市場(chǎng)的巨大市場(chǎng),公司在電動(dòng)汽車(chē)高效電機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域有何具體規(guī)劃?在中國(guó)開(kāi)拓新客戶(hù),安森美將如何做?
安森美現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Tom Huang:安森美正加速推動(dòng)相關(guān)的新技術(shù)變革,以高度差異化的創(chuàng)新產(chǎn)品組合,在電動(dòng)汽車(chē)高效電機(jī)驅(qū)動(dòng),例如主驅(qū)逆變器、輔助系統(tǒng)如空調(diào)壓縮機(jī)、油泵和水泵等方面,提供一系列高性能、高效率的解決方案,助力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展。
在主驅(qū)逆變器中,安森美提供了多種車(chē)規(guī)級(jí)的碳化硅(SiC)功率器件和模塊,這些產(chǎn)品以其高效率、高耐溫和高功率密度而著稱(chēng)。例如通過(guò)SiC MOSFET芯片技術(shù)創(chuàng)新降低成本,平面柵SiC MOSFET迭代至M3e,元胞結(jié)構(gòu)改變且長(zhǎng)度縮小65%,結(jié)合晶圓減薄降導(dǎo)通電阻。M3e在平面架構(gòu)上降低導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗,與前代相比,導(dǎo)通損耗降30%、關(guān)斷損耗降50%,具低導(dǎo)通電阻和短路能力。結(jié)合先進(jìn)封裝技術(shù),可提升主驅(qū)逆變器輸出功率20%,或減少20% SiC用量。
對(duì)于輔助系統(tǒng),如空調(diào)壓縮機(jī)、油泵和水泵的驅(qū)動(dòng),安森美也提供了優(yōu)化的解決方案,例如T10 是安森美繼 T6/T8 成功之后推出的最新技術(shù)節(jié)點(diǎn)。新的屏蔽柵極溝槽技術(shù)提高了效率,降低了輸出電容、RDS(ON) 和柵極電荷 QG,改善了品質(zhì)因數(shù)。T10-M 采用特定應(yīng)用架構(gòu),具有極低的 RDS(ON) 和軟恢復(fù)體二極管,專(zhuān)門(mén)針對(duì)電機(jī)控制和負(fù)載開(kāi)關(guān)進(jìn)行了優(yōu)化。另一方面,T10-S 專(zhuān)為開(kāi)關(guān)應(yīng)用而設(shè)計(jì),更加注重降低輸出電容。雖然會(huì)犧牲少量的 RDS(ON),但整體效率更好,特別是在較高頻率時(shí)。
汽車(chē)功率模塊APM17是一系列集成 80V MOSFET 模塊,提供多種封裝,專(zhuān)為 48V MHEV 和低壓主驅(qū)應(yīng)用的大電流、高功率密度需求而設(shè)計(jì)。三個(gè)模塊可以配置為驅(qū)動(dòng)三相或六相電機(jī),每個(gè) APM17 模塊由 2 個(gè)高邊和 2 個(gè)低邊 80V MOSFET 組成,通過(guò)組合 2 個(gè)相輸出電源端子,這些 MOSFET 可以連接為雙半橋或單半橋。
而針對(duì)400 V和800 V系統(tǒng),安森美分別有650 V和1200 V的汽車(chē)智能功率模塊ASPM,符合AQG324車(chē)規(guī),可以根據(jù)客戶(hù)的功率需求集成多個(gè)大電流的IGBT,布局上非常緊湊以減小整個(gè)模塊的寄生電感,還能內(nèi)置緩沖電路以改善EMI特性,可以選擇合適的Rg優(yōu)化di/dt和dv/dt,熱阻非常低,內(nèi)含隔離層,能實(shí)現(xiàn)較高的功率密度,且集成度非常高,內(nèi)置門(mén)極驅(qū)動(dòng)器、續(xù)流二極管,并具有過(guò)流關(guān)斷、溫度監(jiān)測(cè)、欠壓保護(hù)、故障輸出等保護(hù)功能。
在中國(guó)開(kāi)拓新客戶(hù)方面,安森美的策略包括:
建立聯(lián)合技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室:安森美在中國(guó)與多家客戶(hù)建立了聯(lián)合技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室,確保差異化的產(chǎn)品內(nèi)嵌到客戶(hù)的路線圖,讓客戶(hù)無(wú)縫地訪問(wèn)安森美技術(shù)。
長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議:為客戶(hù)提供多年的供貨保證,形成多年供貨的保證,實(shí)現(xiàn)雙贏。
支持國(guó)內(nèi)主機(jī)廠客戶(hù)的產(chǎn)品快速研發(fā)上市:安森美有完善的商務(wù)和技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)來(lái)支持中國(guó)傳統(tǒng)和新能源OEM的需求,同時(shí)在國(guó)內(nèi)的兩大模塊生產(chǎn)基地可以配合OEM的產(chǎn)能爬坡需求。
提供全面的解決方案:安森美提供包括SiC器件及專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)、配套的評(píng)估板/套件、SPICE模型和仿真工具、參考設(shè)計(jì)、選型指南、應(yīng)用手冊(cè)及其他設(shè)計(jì)支持,以加速客戶(hù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和上市時(shí)間。
電源網(wǎng):面向日漸火熱的機(jī)器人市場(chǎng),公司在運(yùn)營(yíng)支出和新品研發(fā)投入上采取了哪些措施和部署?核心產(chǎn)品包括哪些?
安森美模擬與混合信號(hào)事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展高級(jí)經(jīng)理 Henry Yang: 安森美創(chuàng)建了一個(gè)智能移動(dòng)機(jī)器人方案,框圖如下所示,核心產(chǎn)品包括:
· 運(yùn)動(dòng)控制、驅(qū)動(dòng),安森美為VFD方案提供了眾多分立產(chǎn)品例如MOSFET、IGBT、柵極驅(qū)動(dòng)器、二極管等,以及PIM和IPM模塊,減少器件數(shù)并節(jié)省空間,其中采用頂部散熱封裝TCPAK57的MOSFET降低PCB溫度,提高熱性能和空間利用率;
· 用于CPU的通信、EEPROM,如10Base-T1S以太網(wǎng)控制器NCN26010,高抗噪性,高效率,低功耗,長(zhǎng)距離連接,更低的安裝和維護(hù)成本;藍(lán)牙低功耗RSL15實(shí)現(xiàn)超低功耗互聯(lián)和安全加密保護(hù)措施;
· 用于感知的位置傳感器、圖像傳感器、超聲波傳感器、激光雷達(dá),如電感式檢測(cè)NCS32100,可在高速 (6,000 RPM) 下提供高精度 (+/- 50 角秒);安森美的XGS和PYTHON圖像傳感器領(lǐng)先行業(yè),在工業(yè)機(jī)器人細(xì)分市場(chǎng)占有重要的市場(chǎng)份額,全系列量產(chǎn)的低功耗、低噪聲 XGS 系列高性能圖像傳感器,具有通用的分辨率,并提供多個(gè)易于使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái),全面支持機(jī)器人設(shè)計(jì)人員快速實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)的相機(jī)設(shè)計(jì),以及經(jīng)濟(jì)型的AR系列適用于大部分傳統(tǒng)的工業(yè)檢測(cè)、自主移動(dòng)機(jī)器人、工業(yè)掃碼、雙目深度測(cè)量等,搭配圖像信號(hào)處理器做了相應(yīng)的方案,幫助客戶(hù)加快開(kāi)發(fā);
· 用于電池充電器的PFC和LLC轉(zhuǎn)換器,如無(wú)橋圖騰柱PFC控制器NCP1680/1681,用有源開(kāi)關(guān)代替二極管,從而降低了損耗,是大功率應(yīng)用的首選;
· 用于電池和電源系統(tǒng)的電池管理、DC-DC,以及智能保護(hù)如efuse NIS3071提高效率和可靠性,并減少機(jī)器人停機(jī)時(shí)間。
電源網(wǎng):隨著安森美不斷提高產(chǎn)品性能和制造產(chǎn)能,安森美如何助力打造可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)?
安森美模擬與混合信號(hào)事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展高級(jí)經(jīng)理 Henry Yang: 可持續(xù)發(fā)展是所有市場(chǎng)的共同主題,智能電源和智能感知是關(guān)鍵的賦能技術(shù),特別是汽車(chē)功能電子化及電動(dòng)車(chē)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)/更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛及先進(jìn)安全、能源基礎(chǔ)設(shè)施和工廠自動(dòng)化等大趨勢(shì)加速發(fā)展,將極大加速全球達(dá)成可持續(xù)發(fā)展的永續(xù)目標(biāo)。
安森美的主攻方向智能電源與智能感知兩大方向:在智能電源方面,可持續(xù)發(fā)展成為電源高能效的需求驅(qū)動(dòng)力,助力加速汽車(chē)、工業(yè)等各個(gè)方面的電氣化和自動(dòng)化發(fā)展演變;在感知層面,汽車(chē)業(yè)通過(guò)智能感知的技術(shù)可加快L2級(jí)以上自動(dòng)駕駛的步伐,而工業(yè)自動(dòng)化可獲得更高的產(chǎn)出效率。安森美一方面將順應(yīng)中國(guó)發(fā)展大趨勢(shì),推動(dòng)智能電源和智能感知技術(shù)的發(fā)展,持續(xù)關(guān)注汽車(chē)功能電子化、自動(dòng)駕駛、機(jī)器視覺(jué)、工廠自動(dòng)化、5G、云電源服務(wù)器、AI領(lǐng)域。另一方面將持續(xù)發(fā)揮價(jià)值,與中國(guó)的戰(zhàn)略客戶(hù)建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,提供更加智能和高度差異化的產(chǎn)品。公司將對(duì)中國(guó)的制造基地進(jìn)行優(yōu)化升級(jí),以順應(yīng)新能源汽車(chē)、工業(yè)等行業(yè)的大趨勢(shì)。與此同時(shí),安森美也會(huì)積極支持中國(guó)的2030碳達(dá)峰、2060碳中和等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
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