Funkcia invertorov na akumuláciu energie nie je prínosom len pre zlepšenie efektívnosti a prevádzkovej stability systémov skladovania energie, ale slúži aj ako informačná platforma pre rôzne prenosy informácií, ich spracovanie a interakciu človek-stroj v reálnom čase v celom systéme skladovania energie. , čo z neho robí rozhodujúce vybavenie.
Invertor je srdcom skladovania energie. Primárnou funkciou meniča na ukladanie energie je premena jednosmerného prúdu na striedavý prúd potrebný pre každodenný život a hlavnými komponentmi, ktoré dosahujú túto funkciu, sú výkonové polovodiče (ako IGBT a MOSFET).
Tieto výkonové polovodiče môžu prepínať tisíce alebo dokonca desaťtisíckrát za sekundu a potom ovládať zmeny obvodu prostredníctvom signálov, aby sa jednosmerný prúd premenil na sínusový striedavý prúd.
Prostredníctvom štatistickej analýzy známych invertorových spoločností, ako sú Sunac Power, Gudewei a Jinlang Technology, štrukturálne komponenty predstavujú 23% nákladov, IGBT a MOS tvoria 20% nákladov, magnetické komponenty tvoria 17% nákladov. a čipové integrované obvody tvoria 10 % nákladov. Medzi nimi IGBT, čipové integrované obvody, kondenzátory, snímače, dosky plošných spojov a ďalšie produkty v meničoch patria do oblasti výkonovej elektroniky.
Je vidieť, že výkonové elektronické zariadenia predstavujú 46 % nákladov na invertory a sú hlavným komponentom.
Preto stojí za zmienku, že medzi polovodičové zariadenia používané v meničoch na ukladanie energie patria IGBT, MOS tranzistor, MCU, čip na správu napájania, kondenzátor, doska plošných spojov atď. Medzi nimi majú vysoký podiel IGBT, tranzistor MOS a integrované obvody na správu napájania. a veľké množstvo v invertoroch na ukladanie energie a sú nevyhnutnými zariadeniami.
Dá sa predpovedať, že so zlepšením prosperity skladovania energie sa zvýši dopyt po polovodičových zariadeniach v invertoroch, čo je skvelá príležitosť pre spoločnosti vyrábajúce polovodičové zariadenia na usporiadanie trhu skladovania energie v budúcnosti.
1. IGBT
Hlavnými funkciami IGBT v oblasti akumulácie energie sú transformácia napätia, konverzia frekvencie, konverzia striedavého prúdu atď. Je to nevyhnutné zariadenie v aplikáciách skladovania energie.
IGBT je kompozitné plne riadené napätím riadené výkonové polovodičové zariadenie zložené z BJT (bipolárny tranzistor) a MOS (tranzistor s izolovaným hradlovým poľom), ktorý kombinuje výhody vysokej vstupnej impedancie MOSFET a nízkeho poklesu vodivosti napätia GTR. IGBT je základný komponent pre konverziu a prenos energie, bežne známy ako „CPU“ výkonových elektronických zariadení.
Konkurenčné prostredie IGBT
Vzhľadom na vysoké požiadavky na dizajn a proces IGBT, ako aj nedostatok technických talentov súvisiacich s IGBT, slabý procesný základ a neskorý začiatok industrializácie podnikov v Číne je trh IGBT dlho monopolizovaný veľkými zahraničnými nadnárodnými podnikmi.
Od roku 2015 miera sebestačnosti Číny IGBT prekročila 10 % a postupne sa zvyšuje. Očakáva sa, že miera sebestačnosti Číny IGBT dosiahne do roku 2024 40 %. Na základe požiadavky domestikácie základných komponentov navrhovanej v príslušných národných politikách sa domáca substitúcia stala trendom rozvoja domáceho odvetvia IGBT.
V súčasnosti na domácom trhu IGBT dominujú najmä zámorskí výrobcovia ako Infineon, Mitsubishi Electric, Fuji Electric. Tri najväčšie spoločnosti na čínskom trhu IGBT sú Infineon, Mitsubishi Electric a Fuji Electric. Spomedzi nich má najvyšší podiel Infineon s 15,9 %.
2. MOS tranzistor
MOSFET je typ FET s izolovaným hradlom, kde napätie určuje vodivosť zariadenia. Vynález tranzistorov MOSFET mal prekonať nevýhody tranzistorov FET, ako je vysoký odpor pri odbere, mierna vstupná impedancia a pomalá prevádzka. MOSFETy teda možno nazvať pokročilou formou FET.
MOSFETy sa bežne používajú na prepínanie alebo zosilňovanie signálov. Schopnosť meniť vodivosť s aplikovaným napätím môže byť použitá na zosilnenie alebo prepínanie elektronických signálov.
MOSFETy sú doteraz najbežnejšími tranzistormi v digitálnych obvodoch, pretože pamäťové čipy alebo mikroprocesory môžu obsahovať stovky alebo milióny tranzistorov.
Vďaka ich schopnosti byť vyrobené z polovodičov typu p alebo n je možné komplementárne tranzistory MOS použiť na výrobu spínacích obvodov s veľmi nízkou spotrebou energie vo forme logiky CMOS.
V digitálnych a analógových obvodoch sú MOSFETy teraz ešte bežnejšie ako BJT.
3. Čip na správu napájania
Čip správy napájania je čip v systémoch elektronických zariadení, ktorý je zodpovedný za konverziu, distribúciu, detekciu a iné riadenie elektrickej energie. Hlavne zodpovedný za identifikáciu amplitúdy napájania CPU, generovanie zodpovedajúcich krátkych vĺn krútiaceho momentu a riadenie výkonu nasledujúceho obvodu.
Niektoré z hlavných čipov správy napájania sú duálne in-line čipy, zatiaľ čo iné sú balíčky pre povrchovú montáž. Medzi nimi je čip série HIP630x klasický čip na správu napájania navrhnutý známou spoločnosťou Intersil, ktorá sa zaoberá návrhom čipov.
Podporuje dvoj/troj/štvorfázové napájanie, podporuje VRM9.0 špecifikácia, rozsah výstupného napätia je 1,1V-1,85V, môže nastaviť výstup pre intervaly 0,025V, prepínač frekvencia až 80 kHz a má vlastnosti veľkého napájania, malého zvlnenia a nízkeho vnútorného odporu. Dokáže presne nastaviť napájacie napätie CPU.
Medzi bežné čipy na správu napájania patria HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494 atď.
Všetky elektronické zariadenia majú napájanie, ale rôzne systémy majú rôzne požiadavky na napájanie. Aby sa maximalizoval výkon elektronických systémov, je potrebné zvoliť najvhodnejší spôsob správy napájania.
Rozsah správy napájania je pomerne široký, zahŕňa tak individuálnu konverziu energie (hlavne DC na jednosmerný, tj DC/DC), individuálnu distribúciu a detekciu energie, ako aj systémy, ktoré kombinujú premenu energie a energetický manažment.
V súlade s tým klasifikácia čipov na správu napájania zahŕňa aj tieto aspekty, ako sú lineárne napájacie čipy, referenčné čipy napätia, čipy spínacieho napájania, čipy ovládačov LCD, čipy ovládačov LED, čipy na detekciu napätia, čipy na riadenie nabíjania batérie atď.
4. PCB doska
Doska plošných spojov, skrátene PCB, známa aj ako doska plošných spojov, doska plošných spojov, doska plošných spojov.
Vodivý vzor vytvorený tlačovými obvodmi, tlačenými komponentmi alebo kombináciou oboch na izolačnom substráte podľa vopred určeného dizajnu sa zvyčajne nazýva tlačený obvod, zatiaľ čo vodivý vzor, ktorý poskytuje elektrické spojenia medzi komponentmi na izolačnom substráte, sa nazýva tlačený obvod.
Segmentovaná štruktúra produktu
V súčasnosti produkty podrozdelenia dosiek s plošnými spojmi v Číne zahŕňajú najmä šesť typov: viacvrstvové dosky, flexibilné dosky, HDI (high-density interconnect dosky), obojstranné dosky, jednoduché panely a obalové substráty.
Údaje ukazujú, že viacvrstvové dosky tvoria najväčší podiel segmentovaných výrobkov s plošnými spojmi v Číne, dosahujúc 45,97 %, čím ďaleko prevyšujú ostatné výrobky; Nasleduje mäkká doska, ktorá predstavuje 16,68 %; Podiel HDI je 16,59 %. Okrem toho podiely obojstranných panelov, jednotlivých panelov a obalových substrátov sú 11,34 %, 6,13 % a 3,29 %.
5. MCU
Čip MCU označuje jednotku mikrokontroléra (MCU), tiež známu ako jednočipový mikropočítač alebo mikrokontrolér. Primerane znižuje frekvenciu a špecifikácie centrálnej procesorovej jednotky a integruje periférne rozhrania, ako je pamäť, počítadlo, USB, konverzia A/D, UART, PLC, DMA a dokonca obvod ovládača LCD na jednom čipe, aby vytvoril úroveň čipu. počítač, ktorý môže vykonávať rôzne kombinácie ovládania pre rôzne aplikačné scenáre. Čip MCU je preto čip mikrokontroléra.
Pokiaľ ide o dodávateľov MCU, mnohí výrobcovia meničov budú používať MCU série C2000 od TI. Teraz, s rozmachom mikro invertorov, niektorí výrobcovia tiež začínajú používať 32-bitové MCU s jadrom Arm na hlavné ovládanie.
Preto medzi hlavných dodávateľov MCU patria zahraniční výrobcovia ako TI, NXP, ST, Microchip, Infineon, Renesas, ale aj domáci výrobcovia ako Zhaoyi Innovation.
6. Senzory
V invertoroch akumulujúcich energiu je potrebné detekovať prúd a zvoliť vhodné prúdové snímače. Detekciu prúdu môžeme rozdeliť do niekoľkých rozsahov.
1) Detekujte jednosmerný alebo striedavý prúd v rozsahu od 5A do 70A.
Hallove prúdové snímače založené na čipoch, ako napríklad prúdový snímač IC CH701, sa vo všeobecnosti používajú na detekciu jednosmerného alebo striedavého prúdu v rozsahu od 5A do 50A. Sú ekonomickým a presným riešením pre snímanie striedavého alebo jednosmerného prúdu v priemyselných, automobilových, komerčných a komunikačných systémoch. Malé balenie je ideálnou voľbou pre priestorovo obmedzené aplikácie a zároveň šetrí náklady znížením plochy dosky plošných spojov. Typické aplikácie zahŕňajú riadenie motora, detekciu a riadenie záťaže, spínané napájacie zdroje a nadprúdovú ochranu proti poruchám.
2) Detekcia jednosmerného alebo striedavého prúdu v rozsahu od 50A do 200A.
Je možné zvoliť prúdové snímače typu priameho zasunutia
CH704 je izolovaný integrovaný čip na snímanie prúdu vyvinutý špeciálne pre aplikácie detekcie vysokého prúdu. CH704 má vstavaný odpor primárneho vodiča 0,1 m Ω, ktorý účinne znižuje zahrievanie čipu a podporuje detekciu vysokého prúdu: ± 50A, ± 100A, ± 150A, ± 200A. Vnútorne integruje unikátny obvod teplotnej kompenzácie na dosiahnutie dobrej konzistencie čipu v celom teplotnom rozsahu od -40 do 150 stupňov. Čip bol pred opustením továrne kalibrovaný na citlivosť a statické (nulový prúd) výstupné napätie, čo poskytuje typickú presnosť ± 2 % v celom teplotnom rozsahu.
3) Zistite jednosmerný alebo striedavý prúd nad 200A až 1000A.
Je možné použiť lineárny Hallov a magnetický krúžok a na dosiahnutie prúdovej detekcie až do 1500A je možné použiť programovateľné Hallove senzory.
Napríklad programovateľný lineárny Hallov čip CHI612 podporuje 5V samostatné napájanie. šírka pásma 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.