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汽车制造商的新技术可以解决硅芯片短缺问题 增强电动汽车的性能

国内资讯 时间:2021-07-24 16:39:38

需求是发明之母,汽车制造商很快就可以从担心硅芯片短缺转为对替代技术有多好感到兴奋,而我们其他人则只是找出氮化镓 (GaN) 是什么。

到 10 年中期,GaN 技术可以通过提高续航里程和充电体验并使该概念对普通驾驶者更可行,从而为电动汽车的销售带来火花。    

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Navitas Semiconductor以及包括 GaN Systems、Power Integrations、德州仪器在内的其他公司 TXN -5.3%英飞凌和意法半导体表示,GaN 将为下一代半导体提供基础,并将有助于加快电动汽车、电动滑板车和电动自行车的普及。这不仅适用于汽车行业。

“下一代 (GaN) 功率半导体平台体积小 3 倍、重量轻 3 倍、充电速度快 3 倍并节省 40% 的能源,在价值 131 亿美元以上的 GaN 电气化机会中处于市场领先地位,在移动、消费、企业、可再生能源/太阳能和电动汽车/电动汽车,”纳维塔斯在投资者介绍中说。

那么什么是氮化镓呢?它通常是将铝土矿冶炼成铝或将矿石加工成锌的副产品,因此提取和精炼的碳足迹较低。

“每年生产超过 300 吨镓,估计全球储量超过 100 万吨。由于它是加工副产品,因此成本相对较低,约为 300 美元/公斤,比黄金的 60,000 美元/公斤左右低 200 倍,”纳维塔斯说。

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根据咨询公司 Frost & Sullivan 的说法,GaN 是电视、手机、平板电脑、笔记本电脑和显示器中高分辨率彩色屏幕背后的使能技术,因为它具有高效率、高电压能力。

“在汽车行业,GaN 正在成为混合动力和电动汽车功率转换和电池充电的首选技术。Frost & Sullivan 在一份报告中表示,基于 GaN 的电源产品也越来越多地出现在太阳能装置雇用的投资者以及电机驱动和其他工业应用的电源转换方案中。  

“GaN 技术转化为更高的充电效率,因此更多的功率被输送到电池,充电速度更快,而不是将能量作为热量燃烧掉,从而使充电器升温。此外,更快的开关意味着充电器可以以更小的尺寸和重量为电池提供更多的电力,因为储能无源元件可以显着缩小,”弗若斯特沙利文说。

这不仅最小化了半导体的尺寸,而且减小了主变压器、滤波器组件、输出电容器和大容量电容器的体积。

Navitas 营销主管 Stephen Oliver 表示,当前汽车行业的硅芯片短缺正在发生,因为汽车中的电子产品数量每年都在增加。但是硅芯片不仅容易受到供应变化的影响,而且它们的技术能力已经达到极限。

“然后是 GaN,下一代硅,新产品。它的运行速度比硅快 100 倍,不会损失能量,而且随着速度的提高,它更轻、更小、更便宜。它现在正处于手机的第二次革命中,充电速度提高了 3 倍,很快电动汽车也将如此。如果你看一下制造过程,芯片会小 5 倍,这意味着你每制造一个晶圆,它就会小 5 倍,这意味着你得到的数量是其 5 倍,”奥利弗在接受采访时说。

Oliver 表示,由于尺寸和重量的巨大差异,必须彻底改变组件设计,而手机充电器大约需要 6 到 7 个月的时间。

“它不能立即帮助汽车世界,但我们将在 2 或 3 年内看到其结果。到 2025 年和 2026 年,最大的市场将是电动汽车,这不是快速解决方案,但这将扩大收益。这意味着电动汽车充电速度更快,而且由于你可以将东西做得更小,因此位于车内的充电器可以缩小 3 到 4 倍。我们正在与特斯拉这样的制造商合作 TSLA -0.9% 和宝马以及法雷奥、马瑞利和博世等供应商,”奥利弗说。

Frost & Sullivan 分析师 Sujith Unnikrishnan 表示,即将使用 GaN 技术将是电动汽车采用的关键因素。

“在为电力系统和其他 EV(电动汽车)组件选择半导体时,我们需要选择带隙更宽的材料。GaN 具有更宽的带隙,是一种用于高功率应用的有前途的技术,与基于 Si(硅)的系统相比,其体积可以缩小 3 倍。电动汽车中的 GaN 电源系统可以实现更快的充电和更长的续航里程,使制造商能够克服电动汽车广泛采用的障碍。因此,制造商可以使用 GaN 开发更高效、更可靠的充电系统,这将在未来改变游戏规则,”Sujith Unnikrishnan 在一封电子邮件中说。

Unnikrishnan 表示,大型组件制造商确实很擅长引入基于 GaN 的产品的研究计划。他说小型化是推动芯片发展的下一个趋势氮化镓和碳化硅正在成为它的垫脚石。     

“就电动汽车而言,基于 GaN 的半导体在电动汽车电池充电器、DC/DC 转换器、牵引逆变器和无线充电中发挥着关键作用。动力总成部件、激光雷达系统、微型 LED 用于显示、音频系统和汽车中使用基于 GaN 的系统的毫米波通信系统的快速发展可能很快成为全球趋势,”Unnikrishnan 说。

GaN 系统可以将电力电子设备的重量和尺寸减少三分之一,并且与当今的逆变器相比,逆变器的效率可以提高 70% 以上。

专家指出,GaN 有替代品,例如氧化镓和氧化铝,它们可能是涡轮增压芯片市场的竞争对手。

但 Navitas 的 Oliver 听起来对 GaN 深信不疑。      

“与当前的芯片技术相比,我们的芯片体积将缩小 5 倍,能耗减少 5 倍,二氧化碳(二氧化碳)减少 5 倍。(GaN) 可以将电动汽车的充电速度提高 3 倍,这将使人们更有可能购买更轻、更便宜的电动汽车。这种 GaN 的使用将加速电动汽车的接受,这将给世界带来巨大的好处,”奥利弗说。

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