La funzione degli inverter di accumulo di energia non è solo vantaggiosa per migliorare l'efficienza e la stabilità operativa dei sistemi di accumulo di energia, ma funge anche da piattaforma informativa per varie trasmissioni, elaborazioni e interazioni uomo-macchina in tempo reale nell'intero sistema di accumulo di energia , rendendolo un'attrezzatura cruciale.
L'inverter è il cuore dell'accumulo di energia. La funzione principale di un inverter di accumulo di energia è convertire la corrente continua in corrente alternata necessaria per la vita quotidiana e i componenti principali che realizzano questa funzione sono semiconduttori di potenza (come IGBT e MOSFET).
Questi semiconduttori di potenza possono commutare migliaia o addirittura decine di migliaia di volte al secondo e quindi controllare le modifiche del circuito tramite segnali per convertire la corrente continua in corrente alternata sinusoidale.
Attraverso l'analisi statistica di note società di inverter come Sunac Power, Gudewei e Jinlang Technology, i componenti strutturali rappresentano il 23% del costo, IGBT e MOS rappresentano il 20% del costo, i componenti magnetici rappresentano il 17% del costo e i circuiti integrati a chip rappresentano il 10% del costo. Tra questi, IGBT, circuiti integrati a chip, condensatori, sensori, schede PCB e altri prodotti negli inverter appartengono al campo dell'elettronica di potenza.
Si può notare che i dispositivi elettronici di potenza rappresentano il 46% del costo degli inverter e ne costituiscono la componente principale.
Pertanto, vale la pena notare che i dispositivi a semiconduttore utilizzati negli inverter di accumulo dell'energia includono IGBT, transistor MOS, MCU, chip di gestione dell'alimentazione, condensatore, scheda PCB, ecc. Tra questi, IGBT, transistor MOS e IC di gestione dell'alimentazione hanno un'alta percentuale e grandi quantità negli inverter per l'accumulo di energia e sono dispositivi essenziali.
Si può prevedere che con il miglioramento della prosperità dello stoccaggio dell’energia, aumenterà la domanda di dispositivi a semiconduttori negli inverter, il che rappresenta una grande opportunità per le aziende produttrici di dispositivi a semiconduttori per strutturare il mercato dello stoccaggio dell’energia in futuro.
1. IGBT
Le principali funzioni dell'IGBT nel campo dell'accumulo di energia sono la trasformazione della tensione, la conversione della frequenza, la conversione della corrente alternata, ecc. È un dispositivo indispensabile nelle applicazioni di accumulo dell'energia.
IGBT è un dispositivo semiconduttore di potenza composito pilotato da tensione completamente controllata composto da BJT (transistor bipolare) e MOS (transistor a effetto di campo a gate isolato), che combina i vantaggi dell'elevata impedenza di ingresso del MOSFET e della bassa caduta di tensione di conduzione di GTR. L'IGBT è il componente principale per la conversione e la trasmissione dell'energia, comunemente noto come "CPU" dei dispositivi elettronici di potenza.
Il panorama competitivo degli IGBT
A causa degli elevati requisiti di progettazione e processo degli IGBT, nonché della mancanza di talenti tecnici correlati agli IGBT, delle deboli basi dei processi e dell’avvio tardivo dell’industrializzazione aziendale in Cina, il mercato degli IGBT è stato a lungo monopolizzato da grandi imprese multinazionali straniere.
Dal 2015, il tasso di autosufficienza degli IGBT della Cina ha superato il 10% e sta gradualmente aumentando. Si prevede che il tasso di autosufficienza degli IGBT della Cina raggiungerà il 40% entro il 2024. Sulla base del requisito di addomesticamento dei componenti principali proposto nelle politiche nazionali pertinenti, la sostituzione nazionale è diventata la tendenza di sviluppo dell'industria nazionale degli IGBT.
Attualmente, il mercato interno degli IGBT è dominato principalmente da produttori esteri come Infineon, Mitsubishi Electric e Fuji Electric. Le prime tre società nella quota di mercato cinese degli IGBT sono Infineon, Mitsubishi Electric e Fuji Electric. Tra questi, Infineon ha la percentuale più alta con il 15,9%.
2. Transistor MOS
MOSFET è un tipo di FET con gate isolato, dove la tensione determina la conduttività del dispositivo. L'invenzione dei MOSFET è stata quella di superare gli svantaggi dei FET, come l'elevata resistenza di drain, l'impedenza di ingresso moderata e il funzionamento lento. Quindi i MOSFET possono essere definiti la forma avanzata di FET.
I MOSFET sono comunemente usati per commutare o amplificare segnali. La capacità di modificare la conduttività con la tensione applicata può essere utilizzata per amplificare o commutare segnali elettronici.
I MOSFET sono i transistor più comuni fino ad oggi nei circuiti digitali, poiché i chip di memoria o i microprocessori possono contenere centinaia o milioni di transistor.
Grazie alla possibilità di essere realizzati con semiconduttori di tipo p o di tipo n, i transistor MOS complementari possono essere utilizzati per realizzare circuiti di commutazione con un consumo energetico molto basso sotto forma di logica CMOS.
Nei circuiti digitali e analogici, i MOSFET sono ora ancora più comuni dei BJT.
3. Chip di gestione dell'alimentazione
Un chip di gestione dell'alimentazione è un chip nei sistemi di dispositivi elettronici responsabile della conversione, distribuzione, rilevamento e altre gestioni dell'energia elettrica. Principalmente responsabile dell'identificazione dell'ampiezza dell'alimentazione della CPU, della generazione delle corrispondenti onde di coppia corte e del pilotaggio della potenza in uscita del circuito successivo.
Alcuni dei principali chip di gestione dell'alimentazione sono chip doppi in linea, mentre altri sono pacchetti a montaggio superficiale. Tra questi, il chip della serie HIP630x è un classico chip di gestione dell'alimentazione progettato dalla nota società di progettazione di chip Intersil.
Supporta alimentazione a due/tre/quattro fasi, supporta le specifiche VRM9.0, l'intervallo di tensione in uscita è 1,1 V-1,85 V, può regolare l'uscita per intervalli di 0,025 V, interruttore frequenza fino a 80 KHz e ha le caratteristiche di grande alimentazione, piccola ondulazione e bassa resistenza interna. Può regolare con precisione la tensione di alimentazione della CPU.
I chip di gestione dell'alimentazione comuni includono HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494, ecc.
Tutti i dispositivi elettronici sono dotati di alimentazione, ma sistemi diversi hanno requisiti diversi per l'alimentazione. Per massimizzare le prestazioni dei sistemi elettronici è necessario scegliere il metodo di gestione della potenza più adatto.
L'ambito della gestione dell'energia è piuttosto ampio e comprende sia la conversione individuale dell'energia (principalmente da CC a CC, ovvero CC/CC), la distribuzione e il rilevamento dell'energia individuale, sia i sistemi che combinano la conversione e la gestione dell'energia.
Di conseguenza, la classificazione dei chip di gestione dell'energia comprende anche questi aspetti, come chip di potenza lineare, chip di riferimento di tensione, chip di alimentazione switch, chip driver LCD, chip driver LED, chip di rilevamento della tensione, chip di gestione della carica della batteria, ecc.
4. Scheda PCB
Circuito stampato, abbreviato in PCB, noto anche come circuito stampato, circuito stampato, circuito stampato.
Lo schema conduttivo formato da circuiti stampati, componenti stampati o una combinazione di entrambi su un substrato isolante secondo un disegno predeterminato è solitamente chiamato circuito stampato, mentre lo schema conduttivo che fornisce collegamenti elettrici tra i componenti su un substrato isolante è chiamato circuito stampato. circuito.
Struttura del prodotto segmentata
Attualmente, i prodotti di suddivisione dei circuiti stampati in Cina comprendono principalmente sei tipi: schede multistrato, schede flessibili, HDI (schede di interconnessione ad alta densità), schede a doppia faccia, pannelli singoli e substrati di imballaggio.
I dati mostrano che le schede multistrato rappresentano la percentuale maggiore di prodotti di circuiti stampati segmentati in Cina, raggiungendo il 45,97%, superando di gran lunga altri prodotti; Segue il soft board, che rappresenta il 16,68%; La percentuale dell’ISU è del 16,59%. Inoltre, le proporzioni di pannelli bifacciali, pannelli singoli e substrati di imballaggio sono rispettivamente dell'11,34%, 6,13% e 3,29%.
5. MCU
Il chip MCU si riferisce a un'unità microcontrollore (MCU), nota anche come microcomputer o microcontrollore a chip singolo. Riduce adeguatamente la frequenza e le specifiche dell'unità di elaborazione centrale e integra interfacce periferiche come memoria, contatore, USB, conversione A/D, UART, PLC, DMA e persino circuito driver LCD su un singolo chip per formare un livello di chip computer, che può eseguire diverse combinazioni di controllo per diversi scenari applicativi. Pertanto, il chip MCU è un chip microcontrollore.
In termini di fornitori di MCU, molti produttori di inverter utilizzeranno gli MCU della serie C2000 di TI. Ora, con l'avvento dei micro inverter, anche alcuni produttori stanno iniziando a utilizzare MCU Arm core 32-bit per il controllo principale.
Pertanto, i principali fornitori di MCU includono produttori stranieri come TI, NXP, ST, Microchip, Infineon, Renesas, nonché produttori nazionali come Zhaoyi Innovation.
6. Sensori
Negli inverter con accumulo di energia è necessario rilevare la corrente e selezionare sensori di corrente adeguati. Possiamo dividere il rilevamento della corrente in diversi intervalli.
1) Rileva correnti CC o CA comprese tra 5 A e 70 A.
I sensori di corrente Hall basati su chip, come il sensore di corrente IC CH701, vengono generalmente utilizzati per rilevare correnti CC o CA comprese tra 5 A e 50 A. Costituiscono una soluzione economica e precisa per il rilevamento della corrente CA o CC nei sistemi industriali, automobilistici, commerciali e di comunicazione. L'imballaggio di piccole dimensioni è la scelta ideale per applicazioni con spazi limitati, consentendo al tempo stesso di risparmiare sui costi riducendo l'area del circuito stampato. Le applicazioni tipiche includono il controllo del motore, il rilevamento e la gestione del carico, gli alimentatori a commutazione e la protezione dai guasti da sovracorrente.
2) Rileva correnti CC o CA comprese tra 50 A e 200 A.
È possibile selezionare sensori di corrente del tipo ad inserzione diretta
CH704 è un chip di rilevamento di corrente integrato isolato sviluppato appositamente per applicazioni di rilevamento di correnti elevate. CH704 è dotato di un resistore del conduttore primario integrato da 0,1 m Ω, che riduce efficacemente il riscaldamento del chip e supporta il rilevamento di corrente elevata: ± 50 A, ± 100 A, ± 150 A, ± 200 A. Integra internamente un esclusivo circuito di compensazione della temperatura per ottenere una buona consistenza del chip nell'intero intervallo di temperature da -40 a 150 gradi. Il chip è stato calibrato per la sensibilità e la tensione di uscita statica (corrente zero) prima di lasciare la fabbrica, fornendo una precisione tipica di ± 2% sull'intero intervallo di temperature.
3) Rileva correnti CC o CA superiori a 200 A e 1000 A.
È possibile utilizzare il sensore Hall lineare e l'anello magnetico, nonché i sensori Hall programmabili per ottenere il rilevamento della corrente fino a 1500 A.
Ad esempio, il chip Hall lineare programmabile CHI612 supporta l'alimentazione singola da 5 V. larghezza di banda 120kHz,<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.