Trong bối cảnh các nhà sản xuất ô tô đang chạy đua để cung cấp xe điện với phạm vi hoạt động xa hơn và sạc nhanh hơn, họ đang gặp phải một rào cản cơ bản: giới hạn hiệu suất của silicon. Các thiết bị điện tử công suất điều khiển dòng năng lượng trong xe điện (EV) đang trở thành một nút thắt cổ chai đáng kể, không thể theo kịp nhu cầu của các thiết kế thế hệ tiếp theo.

 

Mặc dù silicon từ lâu đã là tiêu chuẩn cho thiết bị điện tử công suất, nhưng các đặc tính nhiệt của nó tạo ra một sự đánh đổi đầy thách thức trong các xe điện hiệu suất cao. Tần số chuyển mạch cao được sử dụng để làm cho hệ thống điện nhỏ gọn và hiệu quả hơn cũng tạo ra lượng nhiệt đáng kể. Để ngăn các bộ phận bị quá nhiệt và hỏng hóc, lượng nhiệt này phải được tản ra bởi các hệ thống làm mát lớn và nặng, điều này cuối cùng sẽ làm giảm hiệu suất tổng thể của xe, làm mất đi chính những lợi ích về hiệu suất mà chúng đáng lẽ phải đạt được.

 

Giải pháp nằm ở các vật liệu dải tần rộng (WBG) như silicon carbide (SiC) và gallium nitride (GaN). Những chất bán dẫn tiên tiến này sở hữu các đặc tính điện và nhiệt, về cơ bản phù hợp hơn với nhu cầu của các hệ thống xe điện công suất cao, nhưng cho đến gần đây, tiềm năng của chúng vẫn bị hạn chế bởi chi phí sản xuất cao và quy trình sản xuất phức tạp.

 

Tuy nhiên, nhiều năm đầu tư tập trung vào nghiên cứu và phát triển hiện đang vượt qua những rào cản này. Sự tiến bộ trên toàn bộ chuỗi công nghệ, từ khâu chuẩn bị vật liệu đến đóng gói thiết bị, đã đưa công nghệ này đến một mức độ hoàn thiện mà các linh kiện WBG hiện mang lại hiệu suất và độ tin cậy được cải thiện với mức giá khả thi về mặt thương mại. Do đó, các nhà phân tích ngành tại Yole Group dự báo thị trường vật liệu có khoảng cách dải rộng này sẽ tăng trưởng lên hàng chục tỷ đô la Mỹ khi chúng trở thành linh kiện tiêu chuẩn trong các hệ thống xe điện.

 

Trong hệ thống điện của xe điện, tổn thất năng lượng ở các linh kiện chính không chỉ hạn chế phạm vi hoạt động mà còn góp phần làm cho thiết kế hệ thống trở nên lớn hơn và nặng hơn. Một số công ty chủ chốt hiện đang sử dụng vật liệu WBG để vượt qua những thách thức này, bao gồm các công ty tiên phong trong công nghệ GaN như Efficient Power Conversion (EPC) và Power Integrations, và công ty chuyên về SiC ROHM. Mỗi công ty đang ứng dụng những vật liệu này theo những cách riêng biệt để cải thiện hiệu suất của NEV trên nhiều ứng dụng:

Efficient Power Conversion (EPC) chuyên về các thiết bị GaN cho hệ thống điện 48V đến 400V, vốn là nền tảng của xe điện không phải điện (NEV) hiện đại. Công ty tuyên bố rằng công nghệ của họ cho phép tốc độ chuyển mạch nhanh hơn và tổn thất năng lượng thấp hơn, tạo ra các giải pháp nhỏ gọn và nhẹ hơn. EPC đã liên tục cải tiến công nghệ này qua bảy thế hệ eGaN® FET, tăng mật độ công suất và hiệu suất nhiệt qua mỗi lần lặp lại. Một tính năng quan trọng trong phương pháp của họ là tích hợp nguyên khối, kết hợp các GaN FET, trình điều khiển và mạch bảo vệ vào một mạch tích hợp duy nhất. Điều này giúp đơn giản hóa bố trí bo mạch và tăng độ tin cậy của hệ thống, một lợi thế quan trọng trong các thiết kế ô tô bị hạn chế về không gian.

 

Power Integrations là một nhà cung cấp giải pháp dựa trên GaN quan trọng khác cho các ứng dụng NEV, sử dụng công nghệ PowiGaN™ của mình. Ví dụ, InnoSwitch3-AQ 900V của họ là một IC chuyển mạch flyback tích hợp, cung cấp công suất đầu ra cao hơn từ một gói nhỏ hơn. Mức độ tích hợp cao này giúp giảm thiểu yêu cầu quản lý nhiệt và hỗ trợ thiết kế nhỏ gọn cần thiết cho xe hybrid cắm sạc và xe mở rộng phạm vi hoạt động.

Trong lĩnh vực silicon carbide, ROHM đã thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp theo chiều dọc, mang lại khả năng kiểm soát toàn diện quy trình sản xuất từ ​​wafer đến đóng gói. Hệ thống kiểm soát này cho phép MOSFET SiC thế hệ thứ tư đạt hiệu suất cao, với điện trở bật cực thấp và khả năng chịu ngắn mạch được cải thiện. Các thiết bị này đã được áp dụng trên các mẫu xe Zeekr của Geely để giúp mở rộng phạm vi hoạt động và nâng cao độ tin cậy. ROHM cũng tận dụng khả năng này để sản xuất các giải pháp tích hợp như mô-đun đúc HSDIP20, đóng gói nhiều thiết bị SiC để sử dụng trong bộ sạc trên xe và biến tần.

Mặc dù vật liệu WBG mang lại những lợi ích rõ ràng, nhưng những thách thức về sự quen thuộc với thiết kế và nhận thức về độ tin cậy có thể làm chậm quá trình áp dụng. Để giảm bớt rào cản áp dụng, các nhà cung cấp đang cung cấp hỗ trợ toàn diện hơn cho quy trình thiết kế. Nền tảng “GaN First Time Right™” của EPC nhằm mục đích giúp các kỹ sư vượt qua các rào cản thiết kế bằng các công cụ toàn diện và thiết kế tham khảo. Tương tự, Power Integrations và ROHM đang đầu tư vào việc đào tạo khách hàng và hợp tác chặt chẽ với các nhà sản xuất ô tô để đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ.

 

Ví dụ, ROHM đang hợp tác với Mazda để phát triển các giải pháp năng lượng thế hệ tiếp theo dựa trên công nghệ GaN, bổ sung vào sự hợp tác đang diễn ra giữa họ về biến tần dựa trên SiC. Mục tiêu của các thành phần GaN là ứng dụng thực tế vào năm 2027, với mục tiêu cải thiện thiết kế xe, giảm trọng lượng và nâng cao hiệu suất tổng thể.

 

Việc ứng dụng rộng rãi chất bán dẫn WBG trong lĩnh vực ô tô đòi hỏi sự liên kết chặt chẽ giữa tất cả các bộ phận của chuỗi cung ứng, từ nhà cung cấp vật liệu và nhà sản xuất thiết bị đến nhà sản xuất ô tô và nhà cung cấp cấp một. Khi công nghệ chuyển từ một giải pháp tiềm năng cao sang một thành phần sẵn sàng sản xuất, nhu cầu chia sẻ kiến ​​thức và tiêu chuẩn chung trở nên cấp thiết hơn.

Triển lãm PCIM Châu Á Thượng Hải cung cấp cho ngành công nghiệp một địa điểm để giải quyết những thách thức của việc áp dụng đại trà. Là một phần của chuỗi sự kiện toàn cầu, được dẫn dắt bởi triển lãm PCIM chính tại Nuremberg, sự kiện tại Thượng Hải, kể từ lần đầu ra mắt vào năm 2002, đã khẳng định vị thế là một trong số ít nền tảng thương mại của châu Á dành riêng cho điện tử công suất, chuyển động thông minh và quản lý năng lượng. Được tổ chức từ ngày 24 đến 26 tháng 9 tại Trung tâm Triển lãm Quốc tế Mới Thượng Hải, phiên bản 2025 sẽ tập trung vào lĩnh vực ô tô để giải quyết các nhu cầu kỹ thuật của quá trình điện khí hóa xe tại một quốc gia có ngành công nghiệp sản xuất xe điện lớn nhất thế giới.

 

Chương trình triển lãm đã được mở rộng để hỗ trợ cho cuộc thảo luận này, bao gồm các phiên thảo luận kỹ thuật, các bài phát biểu chính và khu vực "Đối thoại với Diễn giả" mới để tương tác trực tiếp giữa các nhà lãnh đạo trong ngành và người tham dự. Triển lãm đi kèm sẽ có sự góp mặt của hơn 240 công ty trưng bày các công nghệ từ khắp chuỗi giá trị điện tử công suất, từ thiết bị bán dẫn đến các giải pháp thử nghiệm và đóng gói. Diễn giả chính bao gồm đại diện từ Huawei Digital Power, Đại học Cambridge và Suzhou Inovance Automotive, những người sẽ trình bày các chủ đề từ kiến ​​trúc nguồn trung tâm dữ liệu AI đến sự phát triển của bộ chuyển đổi điện tử công suất EV.

 

Giáo sư Leo Lorenz, Chủ tịch Hội đồng Cố vấn Hội nghị PCIM Châu Á Thượng Hải, phát biểu: “Hội nghị đề cập đến những đổi mới trong chuỗi giá trị điện tử công suất, tạo ra một trung tâm quốc tế cho các nhà thiết kế, kỹ sư, nhà nghiên cứu và những người ra quyết định của công ty để xác định các phân khúc thị trường mới và định hướng nghiên cứu trong tương lai.”

 

PCIM Châu Á Thượng Hải 2025 không chỉ giới thiệu những tiến bộ công nghệ mới nhất mà còn cung cấp bối cảnh cho vai trò của nó trong tương lai của giao thông vận tải điện. Với các công ty hàng đầu như EPC, Power Integrations và ROHM trình bày các giải pháp được thiết kế cho thế hệ NEV tiếp theo, hội nghị sẽ cung cấp một cái nhìn rõ ràng về các thành phần và chiến lược kỹ thuật đang định hình giai đoạn phát triển tiếp theo của xe điện ở Châu Á và hơn thế nữa.

 

Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập www.pcimasia-shanghai.com