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谈第三代半导体材料对变压器和电感的影响
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谈第三代半导体材料对变压器和电感的影响

2022-11-07 18:21:24 来源:电子变压器与电感网 作者:陈泽香

【哔哥哔特导读】随着第三代半导体材料的应用,会给变压器和电感器带来哪些新的技术要求呢?

近年来,因第三代半导体材料耐高频、高压、高温、高功率及高电流等特性,并具有高能效和低能耗的优点,第三代半导体材料已逐渐应用于智能快充、光伏、储能、新能源汽车等变压器和电感器的热门市场领域,在行业内的讨论也愈演愈烈。

浙江工业大学车声雷教授向电子变压器和电感网记者介绍,大概2015年以前,半导体材料的频率其实是落后于变压器和电感器频率的。第三代半导体材料应用以后,能效和功率密度随频率提升都有了改善,目前形势已经逆转,变压器和电感器用的材料频率较低,如PC95/96等100k Hz的材料,300k Hz几乎已到极限,唯有尽快开发出具有实用价值的材料并实现产品化,这样才能够跟得上电源高频化发展趋势。

第三代半导体

记者通过采访调研得知,不少电感变压器企业都表示,第三代半导体材料的应用对于变压器和电感器的工艺设计及性能要求有着更为严苛的需求。

京泉华副总经理张文举说到:“第三代半导体材料内阻小、损耗小,设计的时候会让电源的体积缩小,为了配套设计缩小体积,变压器和电感器也会从以前的绕线式或是离散性比较大的设计逐渐向PCB式平板变压器设计演变。其次,以往在快充、储能等领域,变压器和电感器的频率要求只有一两百k左右,如果应用了第三代半导体材料,对变压器和电感器的频率要求会翻倍甚至更多,促使电感变压器企业寻求更高频率的磁芯。”

顺络电子为了应对第三代半导体高频率、大电流、低损耗的应用需求,其材料研发团队已经开发多款合适的合金材料,具有合金材料高饱和特性的同时,高频损耗已经接近铁氧体材料。此外,顺络电子还和多家第三代半导体芯片公司合作,在OBC、充电桩等大功率应用提供了完整的变压器和电感器方案。顺络电子市场推广部经理袁聪表示,在结构上我们更推荐采用平面变压器的设计方案,高频特性、性能一致性更好,在消费工业的电源领域,平面变压器配合GaN的高频应用已经非常成熟。

宝惠电子研发副总何定林则强调不能盲目提高频率。虽然第三代半导体材料能大大提高频率,但是频率越高,电流越低,为保证大电流,在频率这方面就会有所牺牲,因此电感变压器企业在配合设计时要找到当中的交叉点,做出综合性的方案。随着第三代半导体材料的应用,未来变压器和电感的频率也会提高,宝惠电子计划与磁芯企业做战略性合作,通过材料的革新提高,从根本上提高变压器和电感器的性能。

有的企业则认为第三代半导体材料并未对电感变压器企业产生实质性的影响。

如云路聚能研发总监张克波认为,从产品性能角度出发,第三代半导体材料的应用确实会要求变压器和电感器提高性能,即在变压器和电感器的技术需求上是产生了改变的;但对于大多数电感变压器企业来说,其产品本就涵盖低频、高频等多种类型,第三代半导体材料的应用或许会让磁芯、变压器和电感器的选择类型发生改变,但这其实是一种产品选择方案的改变,不会对电感变压器企业产生本质影响。

值得注意的是,虽然第三代半导体材料具有明显的优势,但当前其市场发展仍较为缓慢。第三代半导体产业观察数据显示,以650V产品来看,SiC、GaN功率晶体管的均价为1.88元/A、2.78元/A,而650V的Si IGBT均价为0.36元/A。从中可以看到,第三代半导体材料比传统的硅器件贵5-7倍,且目前产业链尚未成熟,现阶段无法实现大规模量产,使得不少企业保持观望态度,认为其市场潜力有待考察。对此,创世富尔总经理童东方表示,第三代半导体材料价格高昂,一定程度上也倒逼我们电感变压器企业以及磁芯企业加快研发速度,提升产品性能。

能肯定的是,第三代半导体材料的应用顺应了当前高频、高压的终端市场需求,势必会成为未来一段时间的发展潮流。电感变压器企业不仅要了解终端企业的需求,也需全方位了解磁性材料与半导体材料乃至整个电子产业链的技术发展,更好把握市场机遇。

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