Функція інверторів накопичення енергії не тільки корисна для підвищення ефективності та стабільності роботи систем накопичення енергії, але також служить інформаційною платформою для різноманітної передачі інформації, обробки та взаємодії людини і машини в реальному часі в усій системі накопичення енергії. , що робить його важливим обладнанням.
Інвертор є серцем накопичувачів енергії. Основною функцією інвертора накопичення енергії є перетворення постійного струму в змінний струм, необхідний для повсякденного життя, а основними компонентами, які забезпечують цю функцію, є силові напівпровідники (такі як IGBT і MOSFET).
Ці силові напівпровідники можуть перемикатися тисячі або навіть десятки тисяч разів на секунду, а потім керувати змінами схеми за допомогою сигналів для перетворення постійного струму в синусоїдальний змінний.
Завдяки статистичному аналізу відомих інверторних компаній, таких як Sunac Power, Gudewei та Jinlang Technology, на структурні компоненти припадає 23% вартості, на IGBT та MOS – 20% вартості, на магнітні компоненти – 17% вартості. , а чіпові інтегральні схеми складають 10% вартості. Серед них IGBT, чіпові інтегральні схеми, конденсатори, датчики, друковані плати та інші продукти в інверторах належать до сфери силової електроніки.
Видно, що силові електронні пристрої становлять 46% вартості інверторів і є основним компонентом.
Таким чином, варто зазначити, що напівпровідникові пристрої, які використовуються в інверторах накопичувачів енергії, включають IGBT, МОП-транзистор, мікроконтроллер, мікросхему керування живленням, конденсатор, плату друкованої плати тощо. Серед них IGBT, МОП-транзистор та мікросхема управління живленням мають високу частку і велика кількість інверторів накопичення енергії, і є важливими пристроями.
Можна передбачити, що з підвищенням процвітання накопичувачів енергії зростатиме попит на напівпровідникові пристрої в інверторах, що є чудовою можливістю для компаній, що займаються виробництвом напівпровідникових пристроїв, створити ринок накопичувачів енергії в майбутньому.
1. IGBT
Основними функціями IGBT у сфері зберігання енергії є перетворення напруги, перетворення частоти, перетворення змінного струму тощо. Це незамінний пристрій у програмах зберігання енергії.
IGBT — це композитний повністю керований напругою силовий напівпровідниковий пристрій, що складається з BJT (біполярного транзистора) і MOS (польового транзистора з ізольованим затвором), який поєднує в собі переваги високого вхідного опору MOSFET і низького падіння напруги провідності GTR. IGBT є основним компонентом для перетворення та передачі енергії, широко відомим як «ЦП» силових електронних пристроїв.
Конкурентний ландшафт IGBT
Через високі вимоги до дизайну та процесу IGBT, а також через відсутність технічних талантів, пов’язаних із IGBT, слабку основу процесу та пізній початок індустріалізації підприємств у Китаї, ринок IGBT довгий час був монополізований великими іноземними транснаціональними підприємствами.
З 2015 року рівень самозабезпечення IGBT у Китаї перевищив 10% і поступово зростає. Очікується, що рівень самозабезпеченості IGBT у Китаї досягне 40% до 2024 року. Виходячи з вимоги одомашнення основних компонентів, запропонованих у відповідній національній політиці, внутрішня заміна стала тенденцією розвитку вітчизняної галузі IGBT.
Зараз на внутрішньому ринку IGBT в основному домінують закордонні виробники, такі як Infineon, Mitsubishi Electric і Fuji Electric. Трьома найбільшими компаніями на китайському ринку IGBT є Infineon, Mitsubishi Electric і Fuji Electric. Серед них Infineon має найвищу частку – 15,9%.
2. МОП-транзистор
MOSFET — це тип польового транзистора з ізольованим затвором, де напруга визначає провідність пристрою. Винахід МОП-транзисторів мав подолати недоліки польових транзисторів, такі як високий опір стоку, помірний вхідний опір і повільна робота. Отже, МОП-транзистори можна назвати вдосконаленою формою польових транзисторів.
MOSFET зазвичай використовуються для комутації або посилення сигналів. Здатність змінювати провідність із прикладеною напругою може бути використана для посилення або перемикання електронних сигналів.
МОП-транзистори є найпоширенішими транзисторами в цифрових схемах на сьогоднішній день, оскільки мікросхеми пам'яті або мікропроцесори можуть містити сотні або мільйони транзисторів.
Завдяки своїй здатності виготовлятися з напівпровідників p-типу або n-типу, комплементарні МОП-транзистори можна використовувати для виготовлення схем перемикання з дуже низьким енергоспоживанням у вигляді логіки CMOS.
У цифрових і аналогових схемах МОП-транзистори тепер навіть більш поширені, ніж БЮТ.
3. Мікросхема керування живленням
Мікросхема керування живленням — це мікросхема в системах електронних пристроїв, яка відповідає за перетворення, розподіл, виявлення та інше керування електричною енергією. Головним чином відповідає за визначення амплітуди живлення процесора, генерування відповідних коротких хвиль крутного моменту та керування вихідною потужністю наступного контуру.
Деякі з основних чіпів управління живленням є подвійними мікросхемами, тоді як інші є пакетами для поверхневого монтажу. Серед них чіп серії HIP630x — класичний чіп керування живленням, розроблений відомою компанією з розробки чіпів Intersil.
Він підтримує дво-/три-/чотири-фазне джерело живлення, підтримує специфікацію VRM9.0, діапазон вихідної напруги становить 1,1 В-1.85 В, можна регулювати вихід для інтервалів 0.025 В, перемикач частотою до 80 кГц і має характеристики великого джерела живлення, малих пульсацій і низького внутрішнього опору. Він може точно регулювати напругу живлення процесора.
Поширені мікросхеми керування живленням включають HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494 тощо.
Усі електронні пристрої мають джерело живлення, але різні системи мають різні вимоги до джерела живлення. Щоб максимізувати продуктивність електронних систем, необхідно вибрати найбільш підходящий метод керування живленням.
Обсяг управління живленням досить широкий, включаючи як індивідуальне перетворення енергії (головним чином постійного струму в постійний, тобто DC/DC), індивідуальний розподіл енергії та виявлення, так і системи, які поєднують перетворення енергії та управління енергією.
Відповідно, класифікація мікросхем керування живленням також включає такі аспекти, як лінійні мікросхеми живлення, мікросхеми опорної напруги, мікросхеми перемикачів живлення, мікросхеми драйверів LCD, мікросхеми драйверів світлодіодів, мікросхеми визначення напруги, мікросхеми керування заряджанням акумулятора тощо.
4. Плата друкованої плати
Друкована плата, скорочено PCB, також відома як друкована плата, друкована плата, друкована плата.
Провідний малюнок, утворений друкованими схемами, друкованими компонентами або їх комбінацією на ізоляційній підкладці відповідно до попередньо визначеного дизайну, зазвичай називається друкованою схемою, тоді як провідний малюнок, який забезпечує електричні з’єднання між компонентами на ізоляційній підкладці, називається друкованим. схема.
Сегментована структура продукту
На даний момент продукти підрозділу друкованих плат у Китаї в основному включають шість типів: багатошарові плати, гнучкі плати, HDI (плати з’єднання високої щільності), двосторонні плати, окремі панелі та пакувальні підкладки.
Дані показують, що багатошарові плати становлять найбільшу частку продукції сегментованих друкованих плат у Китаї, досягаючи 45,97%, значно перевищуючи інші продукти; Далі йде м’яка плита – 16,68%; Частка ІЛР становить 16,59%. Крім того, частка двосторонніх панелей, одиночних панелей і пакувальних субстратів становить 11,34%, 6,13% і 3,29% відповідно.
5. MCU
Мікросхема MCU відноситься до блоку мікроконтролера (MCU), також відомого як однокристальний мікрокомп’ютер або мікроконтролер. Він належним чином зменшує частоту та специфікації центрального процесора та об’єднує периферійні інтерфейси, такі як пам’ять, лічильник, USB, аналого-цифрове перетворення, UART, PLC, DMA та навіть схему драйвера LCD на одному чіпі, щоб сформувати рівень чіпа. комп’ютер, який може виконувати різні комбінації керування для різних прикладних сценаріїв. Отже, мікросхема MCU є мікросхемою мікроконтролера.
Що стосується постачальників MCU, то багато виробників інверторів використовуватимуть MCU серії C2000 від TI. Тепер, із появою мікроінверторів, деякі виробники також починають використовувати 32-розрядні мікроконтролери Arm для основного керування.
Тому основними постачальниками MCU є іноземні виробники, такі як TI, NXP, ST, Microchip, Infineon, Renesas, а також вітчизняні виробники, такі як Zhaoyi Innovation.
6. Датчики
В інверторах накопичувачів енергії необхідно визначити струм і вибрати відповідні датчики струму. Виявлення струму можна розділити на кілька діапазонів.
1) Виявлення постійного або змінного струму в діапазоні від 5 А до 70 А.
Датчики струму Холла на основі мікросхем, такі як IC датчика струму CH701, зазвичай використовуються для виявлення постійного або змінного струму в діапазоні від 5 А до 50 А. Вони є економічним і точним рішенням для вимірювання змінного або постійного струму в промислових, автомобільних, комерційних і комунікаційних системах. Невелика упаковка є ідеальним вибором для застосування з обмеженим простором, а також заощаджує витрати за рахунок зменшення площі друкованої плати. Типові сфери застосування включають керування двигуном, виявлення навантаження та керування ним, імпульсні джерела живлення та захист від перевантаження по струму.
2) Виявлення постійного або змінного струму в діапазоні від 50 А до 200 А.
Можна вибрати датчики струму прямого введення
CH704 — ізольований інтегрований чіп датчика струму, розроблений спеціально для додатків виявлення сильного струму. CH704 має вбудований резистор основного провідника 0,1 м Ом, який ефективно зменшує нагрівання мікросхеми та підтримує виявлення високого струму: ± 50 A, ± 100 A, ± 150 A, ± 200 A. Він інтегрує внутрішню унікальну схему температурної компенсації для досягнення хорошої стабільності мікросхеми в повному діапазоні температур від -40 до 150 градусів. Чіп був відкалібрований на чутливість і статичну (нульовий струм) вихідну напругу перед тим, як залишити завод, що забезпечує типову точність ± 2% у всьому діапазоні температур.
3) Виявлення постійного або змінного струму понад 200 А до 1000 А.
Можна використовувати лінійні датчики Холла та магнітне кільце, а програмовані датчики Холла можна використовувати для визначення струму до 1500 А.
Наприклад, програмована лінійна мікросхема Холла CHI612 підтримує одиночне джерело живлення 5 В. смуга пропускання 120 кГц,<3us response time, programmable 0.8-24 mV/G, 2% accuracy can be achieved within the full temperature range of -40 to 150 degrees. The chip completes the calibration of static (zero current) output voltage before leaving the factory.