A função dos inversores de armazenamento de energia não é apenas benéfica para melhorar a eficiência e a estabilidade operacional dos sistemas de armazenamento de energia, mas também serve como uma plataforma de informações para transmissão de diversas informações, processamento e interação homem-máquina em tempo real em todo o sistema de armazenamento de energia. , tornando-o um equipamento crucial.
O inversor é o coração do armazenamento de energia. A principal função de um inversor de armazenamento de energia é converter a energia CC em CA necessária para a vida diária, e os principais componentes que realizam essa função são semicondutores de potência (como IGBT e MOSFET).
Esses semicondutores de potência podem comutar milhares ou até dezenas de milhares de vezes por segundo e, em seguida, controlar as mudanças do circuito por meio de sinais para converter a corrente contínua em corrente alternada senoidal.
Através da análise estatística de empresas de inversores conhecidas, como Sunac Power, Gudewei e Jinlang Technology, os componentes estruturais respondem por 23% do custo, IGBT e MOS respondem por 20% do custo, os componentes magnéticos respondem por 17% do custo , e os circuitos integrados com chips respondem por 10% do custo. Entre eles, IGBT, circuitos integrados de chip, capacitores, sensores, placas PCB e outros produtos em inversores pertencem ao campo da eletrônica de potência.
Percebe-se que os dispositivos eletrônicos de potência respondem por 46% do custo dos inversores e são o principal componente.
Portanto, é importante notar que os dispositivos semicondutores usados em inversores de armazenamento de energia incluem IGBT, transistor MOS, MCU, chip de gerenciamento de energia, capacitor, placa PCB, etc. Entre eles, IGBT, transistor MOS e IC de gerenciamento de energia têm uma alta proporção e grande quantidade em inversores de armazenamento de energia, sendo dispositivos essenciais.
Pode-se prever que, com a melhoria da prosperidade do armazenamento de energia, a demanda por dispositivos semicondutores em inversores será impulsionada, o que é uma grande oportunidade para as empresas de dispositivos semicondutores definirem o mercado de armazenamento de energia no futuro.
1. IGBT
As principais funções do IGBT na área de armazenamento de energia são transformação de tensão, conversão de frequência, conversão de corrente alternada, etc.
IGBT é um dispositivo semicondutor de potência composto totalmente controlado por tensão composto de BJT (transistor bipolar) e MOS (transistor de efeito de campo de porta isolada), que combina as vantagens da alta impedância de entrada do MOSFET e da baixa queda de tensão de condução do GTR. IGBT é o componente principal para conversão e transmissão de energia, comumente conhecido como "CPU" de dispositivos eletrônicos de potência.
Cenário competitivo do IGBT
Devido aos elevados requisitos de design e processo do IGBT, bem como à falta de talentos técnicos relacionados ao IGBT, à fraca base do processo e ao início tardio da industrialização empresarial na China, o mercado IGBT tem sido monopolizado há muito tempo por grandes empresas multinacionais estrangeiras.
Desde 2015, a taxa de autossuficiência IGBT da China ultrapassou 10% e está aumentando gradualmente. Espera-se que a taxa de autossuficiência de IGBT da China atinja 40% até 2024. Com base na exigência de domesticação dos componentes principais proposta nas políticas nacionais relevantes, a substituição doméstica tornou-se a tendência de desenvolvimento da indústria nacional de IGBT.
Atualmente, o mercado doméstico de IGBT é dominado principalmente por fabricantes estrangeiros, como Infineon, Mitsubishi Electric e Fuji Electric. As três principais empresas com participação de mercado chinesa de IGBT são Infineon, Mitsubishi Electric e Fuji Electric. Entre eles, a Infineon tem a maior proporção com 15,9%.
2. Transistor MOS
MOSFET é um tipo de FET com porta isolada, onde a tensão determina a condutividade do dispositivo. A invenção dos MOSFETs foi para superar as desvantagens dos FETs, como alta resistência de dreno, impedância de entrada moderada e operação lenta. Portanto, os MOSFETs podem ser chamados de forma avançada de FET.
MOSFETs são comumente usados para comutação ou amplificação de sinais. A capacidade de alterar a condutividade com a tensão aplicada pode ser usada para amplificar ou comutar sinais eletrônicos.
Os MOSFETs são os transistores mais comuns em circuitos digitais até hoje, pois os chips de memória ou microprocessadores podem conter centenas ou milhões de transistores.
Devido à sua capacidade de serem feitos de semicondutores tipo p ou tipo n, os transistores MOS complementares podem ser usados para fabricar circuitos de comutação com baixíssimo consumo de energia na forma de lógica CMOS.
Em circuitos digitais e analógicos, os MOSFETs são agora ainda mais comuns que os BJTs.
3. Chip de gerenciamento de energia
Um chip de gerenciamento de energia é um chip em sistemas de dispositivos eletrônicos responsável pela conversão, distribuição, detecção e outros gerenciamentos de energia elétrica. Principalmente responsável por identificar a amplitude da fonte de alimentação da CPU, gerando ondas curtas de torque correspondentes e acionando a saída de energia do circuito subsequente.
Alguns dos principais chips de gerenciamento de energia são chips duplos em linha, enquanto outros são pacotes de montagem em superfície. Entre eles, o chip da série HIP630x é um chip clássico de gerenciamento de energia projetado pela conhecida empresa de design de chips Intersil.
Ele suporta fonte de alimentação bifásica/trifásica, suporta VRM9.0 especificação, faixa de saída de tensão é 1,1V-10,85V, pode ajustar a saída para intervalos de 00,025V, switch frequência de até 80KHz e possui características de grande fonte de alimentação, pequena ondulação e baixa resistência interna. Ele pode ajustar com precisão a tensão da fonte de alimentação da CPU.
Chips de gerenciamento de energia comuns incluem HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494, etc.
Todos os dispositivos eletrônicos possuem fonte de alimentação, mas sistemas diferentes têm requisitos diferentes de fonte de alimentação. Para maximizar o desempenho dos sistemas eletrônicos, é necessário escolher o método de gerenciamento de energia mais adequado.
O âmbito da gestão de energia é bastante amplo, incluindo tanto a conversão individual de energia (principalmente DC para DC, ou seja, DC/DC), distribuição e detecção individual de energia, como também sistemas que combinam conversão e gestão de energia.
Correspondentemente, a classificação de chips de gerenciamento de energia também inclui esses aspectos, como chips de potência linear, chips de referência de tensão, chips de alimentação de comutação, chips de driver de LCD, chips de driver de LED, chips de detecção de tensão, chips de gerenciamento de carregamento de bateria, etc.
4. Placa PCB
Placa de circuito impresso, abreviada como PCB, também conhecida como placa de circuito impresso, placa de circuito impresso, placa de circuito impresso.
O padrão condutor formado por circuitos de impressão, componentes impressos ou uma combinação de ambos em um substrato isolante de acordo com um design predeterminado é geralmente chamado de circuito impresso, enquanto o padrão condutor que fornece conexões elétricas entre componentes em um substrato isolante é chamado de circuito impresso. circuito.
Estrutura de produto segmentada
Atualmente, os produtos de subdivisão de placas de circuito impresso na China incluem principalmente seis tipos: placas multicamadas, placas flexíveis, HDI (placas de interconexão de alta densidade), placas dupla-face, painéis individuais e substratos de embalagem.
Os dados mostram que as placas multicamadas representam a maior proporção de produtos segmentados de placas de circuito impresso na China, atingindo 45,97%, superando em muito outros produtos; Em seguida vem o softboard, com 16,68%; A proporção do IDH é de 16,59%. Além disso, as proporções de painéis dupla-face, painéis simples e substratos de embalagem são de 11,34%, 6,13% e 3,29%, respectivamente.
5. MCU
Chip MCU refere-se a uma unidade microcontroladora (MCU), também conhecida como microcomputador ou microcontrolador de chip único. Ele reduz a frequência e as especificações da unidade central de processamento de forma adequada e integra interfaces periféricas como memória, contador, USB, conversão A/D, UART, PLC, DMA e até mesmo circuito de driver LCD em um único chip para formar um nível de chip computador, que pode executar diferentes combinações de controle para diferentes cenários de aplicação. Portanto, o chip MCU é um chip microcontrolador.
Em termos de fornecedores de MCU, muitos fabricantes de inversores usarão MCUs da série C2000 da TI. Agora, com o surgimento dos microinversores, alguns fabricantes também estão começando a usar MCUs de 32- bits de núcleo Arm para controle principal.
Portanto, os principais fornecedores de MCU incluem fabricantes estrangeiros como TI, NXP, ST, Microchip, Infineon, Renesas, bem como fabricantes nacionais como Zhaoyi Innovation.
6. Sensores
Em inversores de armazenamento de energia, é necessário detectar a corrente e selecionar sensores de corrente apropriados. Podemos dividir a detecção de corrente em vários intervalos.
1) Detecte correntes DC ou AC variando de 5A a 70A.
Sensores de corrente Hall baseados em chip, como o sensor de corrente IC CH701, são geralmente usados para detectar correntes CC ou CA variando de 5A a 50A. Eles são uma solução econômica e precisa para detecção de corrente CA ou CC em sistemas industriais, automotivos, comerciais e de comunicação. As embalagens pequenas são a escolha ideal para aplicações com espaço limitado, ao mesmo tempo que economizam custos ao reduzir a área da placa de circuito. As aplicações típicas incluem controle de motores, detecção e gerenciamento de carga, comutação de fontes de alimentação e proteção contra falhas de sobrecorrente.
2) Detecte correntes DC ou AC variando de 50A a 200A.
Sensores de corrente do tipo inserção direta podem ser selecionados
CH704 é um chip de detecção de corrente integrado e isolado desenvolvido especificamente para aplicações de detecção de alta corrente. O CH704 possui um resistor de condutor primário integrado de 0,1 m Ω, reduzindo efetivamente o aquecimento do chip e suportando detecção de alta corrente: ± 50A, ± 100A, ± 150A, ± 200A. Ele integra internamente um circuito exclusivo de compensação de temperatura para obter boa consistência do chip em toda a faixa de temperatura de -40 a 150 graus. O chip foi calibrado para sensibilidade e tensão de saída estática (corrente zero) antes de sair da fábrica, fornecendo uma precisão típica de ± 2% em toda a faixa de temperatura.
3) Detecte correntes DC ou AC acima de 200A a 1000A.
Hall linear e anel magnético podem ser usados, e sensores Hall programáveis podem ser usados para obter detecção de corrente de até 1500A.
Por exemplo, o chip Hall linear programável CHI612 suporta fonte de alimentação única de 5V. Largura de banda de 120 kHz,<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.