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汽車行業功率控制的挑戰

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电动和混合动力汽车正在汽车市场上获得越来越大的市场份额,成为电子系统供应商感兴趣的关键领域。自動駕駛和电动汽车等技术进步可能会增加电子元件的应用领域。
 
據透明市場研究公司報道,從2017年到2025年,全球汽車電子市場的複合年增長率將達到19.0%,到2025年將達到2200萬美元以上。

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Figure 1: Carlos Castro图1:卡洛斯·卡斯特罗

在这次访谈中,Littelfuse的卡洛斯·卡斯特罗将我们带到了将电源管理与汽车行业联系起来的不同方面。 Carlos Castro于2015年加入Littelfuse,现任汽车功率控制全球营销总监。 在加入Littelfuse之前,他曾在英飞凌科技公司工作了12年,担任应用工程师,并领导汽车部门的各种技术和产品营销团队。
 
描述Littelfuse 功率半導體的最新更新。 

你大力推動的市場是什麽?
 
2018年,我們收購了功率半導體和集成電路市場的全球先驅IXYS公司,這是我們公司曆史上最大的一次收購。IXYS專注于工業、通信、消費和醫療市場的中高壓功率控制半導體。此次收購給我們帶來了一些寶貴的戰略優勢,包括更廣泛的技術平台,以及進一步擴大工業和電子市場的能力。它還支持我們的功率控制産品組合長期滲透到汽車市場,並擴大我們可以向全球客戶提供的每輛車功率半導體含量的百分比。
 
從本質上講,IXYS是我們功率半導體業務的基石。它使我們成爲功率半導體行業最強大的參與者之一,能夠利用我們的集體資源和産品組合來支持我們的客戶。現在我們已將IXYS集成到我們的運營中,它擴展了我們在高壓和半導體技術相關的工程專業知識和知識産權,並增加了我們在半導體行業的整體影響力,增加了我們的規模和數量。 它使我們能夠重新繪制功率半導體路線圖。
 
我们最新的一些技术发布包括X系列850V  -  1000V超结功率MOSFET和X4系列100V  -  150V N通道超结功率MOSFET,均采用HiPerFET™选项。 我们的竞争对手无法提供漏极 - 源极电压较低的超结MOSFET(图2)。

 
图2:X系列850V - 1000V超结功率MOSFET

除收购IXYS外,我们还通过投资和收购Monolith Semiconductor发展了我们的功率半导体业务。 我们于2015年开始与Monolith合作,并于去年年底完成了收购。 Monolith专注于开发碳化硅功率器件技术,采用独特的工艺架构,将硅晶圆厂中使用的标准无差异工艺模块与专有工艺步骤相结合,为成品器件提供性能优势。
 
去年,Monolith 碳化矽肖特基二極管和MOSFET已經從原型轉變爲生産。 我們擴展的功率半導體産品組合,就像我們真正的高功率和高壓産品等IGBT組件,開辟了我們可以提供的市場,如鐵路運輸,電網,基礎設施,直流電機驅動等市場。另一方面 我們采用較小封裝的低壓産品使我們能夠服務于不同的市場,如太陽能,電動汽車充電和工業機器人。
 
從各方面討論來看,電動汽車可被視爲新的綠色技術。Littelfuse參與此技術的費用是多少? 你們通過什麽來改進技術,例如電池電源管理的效率?
 
我們絕對參與了開發電動汽車技術,不僅從功率半導體的角度來看,而且從電路保護和傳感的角度來看也是如此。其中一個最好的例子是車載充電器,我們正致力于成爲客戶需要的系統中幾乎所有元件的一站式服務。我們在那裏有大量的功率半導體器件,並且在電動汽車或混合動力汽車中還有其他應用示例,例如主開關或輔助系統。我們還與電動汽車制造商合作開發高壓空調組件。隨著電動汽車的發展,越來越多的應用正在從12伏轉向高壓電網。我們肯定參與了這項新的綠色技術以及我們正在采取的措施來提高整個電動傳動系統的效率。例如,我們正在努力優化可用和成熟的矽技術,例如IGBT,以滿足降低功率損耗的特定應用。我們的客戶要求我們做的是精調,優化那些針對特定混合動力和電動汽車應用的標准可用技術(圖3)。

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圖3:電動汽車充電解決方案

對于像氮化镓或類似的新型半導體材料,未來的前景如何?它們將如何影響電源解決方案的設計?
 
正如我所提到的,我們的重點是碳化矽。在混合動力和電動汽車市場上有著廣泛的應用,如車載充電器、主逆變器、低壓和高壓蓄電池之間的DC-DC變換器等。
 
碳化矽的優點很大程度上取決于應用的要求。例如,對于混合動力電動汽車的車載充電器,在空間和重量方面通常有很多限制,因爲混合動力汽車也有內燃機,因此對于車載充電器等附加系統來說,沒有太多空間。因此,車載充電器必須盡可能小巧輕便。這就是爲什麽碳化矽確實能帶來巨大的好處,因爲碳化矽的效率非常高,它可以減少損耗,並且可以減小元件的尺寸,增加開關頻率。我們看到許多設計師正在車載充電器上評估和使用碳化矽。
 
您認爲未來哪些挑戰會影響到汽車,您打算如何改進産品套件以應對這些挑戰?
 
我更愿意把它们看作是机遇而不是挑战。我看到了两个不同领域的重大机遇:一个是自動駕駛,另一个是我所说的“电动性”,包括混合动力、电动汽车,也许还有其他技术。无论是自動駕駛,还是电动性,两者都在改变传统的乘客运输概念。这不是我们上个世纪看到的进化,而是一场革命。到目前为止,我们看到的是新的应用,新的系统正在缓慢地引入大容量汽车。我们现在所看到的自動駕駛和电动性是完全不同的客运方式。
 
这两个机会都引入了许多新的应用。这些新的应用与当前的应用有着非常不同的要求。例如,如果我们谈论自動駕駛,我们会看到在安全性和可靠性方面有更高的要求。如果汽车是自動駕駛的,你不希望它有任何问题,并且,在电动性方面,现在在车上引入了400-500伏电压,你的问题和在过去的100年里遇到的只有12伏电池在车上的问题有很大的不同。
 
我们也看到越来越多的非传统汽车客户试图通过这些新应用以及全新技术来获得业务的一部分。我们之前谈到的碳化硅和其它宽带隙材料,还有LiDAR(一种用于自動駕駛的基本传感器技术)现在被引入汽车中。 这绝对是整个汽车界的挑战。
 
現在,我們正在研究一張擴展的半導體路線圖,功率半導體將在這些挑戰中發揮至關重要的作用。我們對汽車碳化矽、汽車高壓場效應晶體管、IGBT和汽車柵極驅動器等産品感興趣。我們正在努力成爲一個參與者,不僅在功率半導體行業,而且在功率半導體汽車行業。我們還將繼續擴大我們的産品組合和功能,不僅用于功率半導體,還用于電路保護和傳感。我們希望在盡可能多的領域,成爲這些汽車應用的一站式商店。當我們與客戶交談時,我們希望能夠與他們討論的不僅僅是電路的一部分,而是電路的最大部分。

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