La función de los inversores de almacenamiento de energía no solo es beneficiosa para mejorar la eficiencia y la estabilidad operativa de los sistemas de almacenamiento de energía, sino que también sirve como una plataforma de información para la transmisión, el procesamiento y la interacción hombre-máquina en tiempo real en todo el sistema de almacenamiento de energía. , convirtiéndolo en un equipo crucial.
El inversor es el corazón del almacenamiento de energía. La función principal de un inversor de almacenamiento de energía es convertir CC en energía CA necesaria para la vida diaria, y los componentes principales que logran esta función son los semiconductores de potencia (como IGBT y MOSFET).
Estos semiconductores de potencia pueden conmutar miles o incluso decenas de miles de veces por segundo y luego controlar los cambios del circuito a través de señales para convertir la corriente continua en corriente alterna sinusoidal.
A través del análisis estadístico de conocidas empresas de inversores como Sunac Power, Gudewei y Jinlang Technology, los componentes estructurales representan el 23% del costo, IGBT y MOS representan el 20% del costo, los componentes magnéticos representan el 17% del costo. , y los circuitos integrados de chips representan el 10% del costo. Entre ellos, los IGBT, los circuitos integrados de chips, los condensadores, los sensores, las placas PCB y otros productos de inversores pertenecen al campo de la electrónica de potencia.
Se puede observar que los dispositivos electrónicos de potencia representan el 46% del coste de los inversores y son el componente principal.
Por lo tanto, vale la pena señalar que los dispositivos semiconductores utilizados en los inversores de almacenamiento de energía incluyen IGBT, transistor MOS, MCU, chip de administración de energía, capacitor, placa PCB, etc. Entre ellos, IGBT, transistor MOS y IC de administración de energía tienen una alta proporción. y gran cantidad en inversores de almacenamiento de energía, y son dispositivos esenciales.
Se puede predecir que con la mejora de la prosperidad del almacenamiento de energía, se impulsará la demanda de dispositivos semiconductores en inversores, lo que es una gran oportunidad para que las empresas de dispositivos semiconductores diseñen el mercado de almacenamiento de energía en el futuro.
1. IGBT
Las principales funciones de los IGBT en el campo del almacenamiento de energía son la transformación de voltaje, la conversión de frecuencia, la conversión de corriente alterna, etc. Es un dispositivo indispensable en aplicaciones de almacenamiento de energía.
IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia compuesto totalmente controlado por voltaje compuesto por BJT (transistor bipolar) y MOS (transistor de efecto de campo de puerta aislada), que combina las ventajas de la alta impedancia de entrada del MOSFET y la baja caída de voltaje de conducción del GTR. IGBT es el componente central para la conversión y transmisión de energía, comúnmente conocido como "CPU" de los dispositivos electrónicos de potencia.
Panorama competitivo de los IGBT
Debido a los altos requisitos de diseño y proceso de los IGBT, así como a la falta de talentos técnicos relacionados con los IGBT, la débil base del proceso y el inicio tardío de la industrialización empresarial en China, el mercado de los IGBT ha estado monopolizado durante mucho tiempo por grandes empresas multinacionales extranjeras.
Desde 2015, la tasa de autosuficiencia de IGBT de China ha superado el 10% y está aumentando gradualmente. Se espera que la tasa de autosuficiencia de IGBT de China alcance el 40% para 2024. Sobre la base del requisito de domesticación de los componentes centrales propuesto en las políticas nacionales pertinentes, la sustitución interna se ha convertido en la tendencia de desarrollo de la industria IGBT nacional.
En la actualidad, el mercado nacional de IGBT está dominado principalmente por fabricantes extranjeros como Infineon, Mitsubishi Electric y Fuji Electric. Las tres principales empresas en cuota de mercado chino de IGBT son Infineon, Mitsubishi Electric y Fuji Electric. Entre ellos, Infineon tiene la proporción más alta con un 15,9%.
2. transistores MOS
MOSFET es un tipo de FET con puerta aislada, donde el voltaje determina la conductividad del dispositivo. La invención de los MOSFET tuvo como objetivo superar los inconvenientes de los FET, como la alta resistencia al drenaje, la impedancia de entrada moderada y el funcionamiento lento. Por tanto, los MOSFET pueden denominarse la forma avanzada de FET.
Los MOSFET se utilizan comúnmente para conmutar o amplificar señales. La capacidad de cambiar la conductividad con el voltaje aplicado se puede utilizar para amplificar o cambiar señales electrónicas.
Los MOSFET son los transistores más comunes en los circuitos digitales hasta la fecha, ya que los chips de memoria o los microprocesadores pueden contener cientos o millones de transistores.
Debido a su capacidad para estar fabricados con semiconductores tipo p o tipo n, los transistores MOS complementarios se pueden utilizar para fabricar circuitos de conmutación con muy bajo consumo de energía en forma de lógica CMOS.
En circuitos digitales y analógicos, los MOSFET son ahora incluso más comunes que los BJT.
3. Chip de administración de energía
Un chip de administración de energía es un chip en sistemas de dispositivos electrónicos que es responsable de la conversión, distribución, detección y otras formas de gestión de la energía eléctrica. Principalmente responsable de identificar la amplitud de la fuente de alimentación de la CPU, generar ondas de par cortas correspondientes e impulsar la salida de energía del circuito posterior.
Algunos de los principales chips de administración de energía son chips duales en línea, mientras que otros son paquetes de montaje en superficie. Entre ellos, el chip de la serie HIP630x es un chip de administración de energía clásico diseñado por la conocida empresa de diseño de chips Intersil.
Admite fuente de alimentación de dos/tres/cuatro fases, admite especificación VRM9.0, el rango de salida de voltaje es 1,1 V-1.85 V, puede ajustar la salida para intervalos de 0.025 V, interruptor Frecuencia de hasta 80 KHz y tiene las características de gran fuente de alimentación, pequeña ondulación y baja resistencia interna. Puede ajustar con precisión el voltaje de la fuente de alimentación de la CPU.
Los chips de administración de energía comunes incluyen HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494, etc.
Todos los dispositivos electrónicos tienen fuente de alimentación, pero los diferentes sistemas tienen diferentes requisitos de fuente de alimentación. Para maximizar el rendimiento de los sistemas electrónicos, es necesario elegir el método de gestión de energía más adecuado.
El alcance de la gestión de energía es bastante amplio e incluye tanto la conversión de energía individual (principalmente de CC a CC, es decir, CC/CC), la distribución y detección de energía individual, así como sistemas que combinan conversión de energía y gestión de energía.
En consecuencia, la clasificación de los chips de administración de energía también incluye estos aspectos, como chips de potencia lineal, chips de referencia de voltaje, chips de conmutación de energía, chips de controlador de LCD, chips de controlador de LED, chips de detección de voltaje, chips de administración de carga de batería, etc.
4. Placa PCB
Placa de circuito impreso, abreviada como PCB, también conocida como placa de circuito impreso, placa de circuito impreso, placa de circuito impreso.
El patrón conductor formado por circuitos de impresión, componentes impresos o una combinación de ambos sobre un sustrato aislante según un diseño predeterminado suele denominarse circuito impreso, mientras que el patrón conductor que proporciona conexiones eléctricas entre componentes sobre un sustrato aislante se denomina circuito impreso. circuito.
Estructura de producto segmentada
En la actualidad, los productos de subdivisión de placas de circuito impreso en China incluyen principalmente seis tipos: placas multicapa, placas flexibles, HDI (placas de interconexión de alta densidad), placas de doble cara, paneles individuales y sustratos de embalaje.
Los datos muestran que las placas multicapa representan la mayor proporción de productos de placas de circuito impreso segmentados en China, alcanzando el 45,97%, superando con creces a otros productos; Le sigue el tablero blando, que representa el 16,68%; La proporción del IDH es del 16,59%. Además, las proporciones de paneles de doble cara, paneles simples y sustratos de embalaje son del 11,34%, 6,13% y 3,29%, respectivamente.
5. MCU
El chip MCU se refiere a una unidad de microcontrolador (MCU), también conocida como microcomputadora o microcontrolador de un solo chip. Reduce adecuadamente la frecuencia y las especificaciones de la unidad central de procesamiento e integra interfaces periféricas como memoria, contador, USB, conversión A/D, UART, PLC, DMA e incluso circuito controlador LCD en un solo chip para formar un nivel de chip. computadora, que puede realizar diferentes combinaciones de control para diferentes escenarios de aplicación. Por lo tanto, el chip MCU es un chip microcontrolador.
En términos de proveedores de MCU, muchos fabricantes de inversores utilizarán las MCU de la serie C2000 de TI. Ahora, con el auge de los microinversores, algunos fabricantes también están comenzando a utilizar MCU Arm core 32-bit para el control principal.
Por lo tanto, los principales proveedores de MCU incluyen fabricantes extranjeros como TI, NXP, ST, Microchip, Infineon, Renesas, así como fabricantes nacionales como Zhaoyi Innovation.
6. Sensores
En los inversores de almacenamiento de energía, es necesario detectar la corriente y seleccionar los sensores de corriente adecuados. Podemos dividir la detección actual en varios rangos.
1) Detecta corrientes CC o CA que van desde 5A a 70A.
Los sensores de corriente Hall basados en chips, como el sensor de corriente IC CH701, se utilizan generalmente para detectar corrientes CC o CA que oscilan entre 5 A y 50 A. Son una solución económica y precisa para la detección de corriente CA o CC en sistemas industriales, automotrices, comerciales y de comunicación. El embalaje pequeño es una opción ideal para aplicaciones con espacio limitado y, al mismo tiempo, ahorra costos al reducir el área de la placa de circuito. Las aplicaciones típicas incluyen control de motores, detección y gestión de cargas, fuentes de alimentación conmutadas y protección contra fallas por sobrecorriente.
2) Detecta corrientes CC o CA que van desde 50 A a 200 A.
Se pueden seleccionar sensores de corriente de tipo de inserción directa
CH704 es un chip sensor de corriente integrado aislado desarrollado específicamente para aplicaciones de detección de alta corriente. CH704 tiene una resistencia de conductor primario incorporada de 0,1 m Ω, que reduce eficazmente el calentamiento del chip y admite la detección de alta corriente: ± 50 A, ± 100 A, ± 150 A, ± 200 A. Integra internamente un circuito de compensación de temperatura único para lograr una buena consistencia del chip en todo el rango de temperatura de -40 a 150 grados. El chip ha sido calibrado en cuanto a sensibilidad y voltaje de salida estático (corriente cero) antes de salir de fábrica, lo que proporciona una precisión típica de ± 2 % en todo el rango de temperatura.
3) Detecta corrientes CC o CA superiores a 200 A y 1000 A.
Se pueden usar Hall lineal y anillo magnético, y se pueden usar sensores Hall programables para lograr una detección de corriente de hasta 1500 A.
Por ejemplo, el chip Hall lineal programable CHI612 admite una fuente de alimentación única de 5 V. ancho 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.