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MOSFET未来热门应用领域

2021-09-24

从功率半导体元件市场来看,用于工业领域比重最高,包括电机控制、轨道交通、无线电力供给、能源控制、智慧电网等领域,占比长期大于3成,预计2021年将达35%;再来则是汽车应用占29%,将随着新能源车或电动车发展让车用、高压MOSFET市场逐渐扩大。此外,消费电子在2021年因笔记型电脑、智慧型手机、穿戴装置、快充头等需求提高,也有18%占比,而通讯、运算领域分别占10%与7%。

MOSFET未来热门应用领域


一、消费电子应用需求:快充

由于5G智慧型手机传输速度较4G更快,射频元件数量更多,不可避免地将增加功耗、耗电速度。随着使用者对充电效率的要求逐步提升,品牌厂推出USB-PD快充功能,目前大多以Type-C线材为快充的充电线材,而为了支援更高规格的传输电压,需要添加同步整流的MOSFET来调整优化,增加MOSFET用量。

在材料方面,随着GaN技术发展与普及,USBType-CPD充电器市场日新月异,高功率密度、体积小的充电器渐成主流,发热量低、体积小的GaN也就成为MOSFET在快充上发挥的最佳材料。

二、通讯应用需求:5G基站

5G基站是5G网路的核心设备,而5G基站采用Massive MIMO技术,需要32通道(32T32R)、64通道(64T64R)等多通道架构,在提高系统通道容量的同时,导致5G基站的功耗、成本提升。5G基站功耗为4G的两倍,而降低功耗的需求,则增加对MOSFET的低耗损、高热稳定性要求。此外,5G网路的布建带来Data Center、Cloud Service规模的提升,而架设Server亦带动AC/DC Convertor、DC/DC Convertor等电源管理模组的需求,故通讯用MOSFET也成为需求之一。

三、汽车应用需求:新能源车

当今汽车产业发展由传统燃油汽车向新能源车前进,需要更多MOSFET等功率半导体元件偕同运作。传统燃油汽车中,各类供电元件从电池取电,电池电压通常有24V和12V两种;新能源车的动力电池电压一般高达336V、384V,甚至电动大客车的电压要580~600V,因此新能源车在高压和低压系统间需要功率半导体元件进行调压,实现高低压系统间的电流流动,让各个汽车电子零组件功能发挥作用。

汽车电池支援的电子零组件用电电压各有不同,因此需要在电的传输过程进行电压转换,无论是Buck、Boost、Buck-Boost都随着MOSFET不断开关而逐步变化,因此MOSFET要考虑的是流经电流与耐受电压。另外,在应用中要考虑开关频率、开关噪音和Oscillation Damping(阻尼震荡)、DPM(动态电源管理)设计。

随着汽车电子零组件增加,功率半导体元件乃至MOSFET应用也不断增加,原本一辆最基本汽车配备大约90颗MOSFET,而新能源车则可能需要200颗MOSFET,甚至高阶新能源车上MOSFET用量可达到400颗,随着新能源车功能叠加,未来需求数量还可能往上提升。

四、工业应用需求:工业自动化、新能源车充电桩

工业领域为功率半导体元件应用最多的领域,大部分工业设备均需要使用MOSFET,并且工业产业正朝自动化方向发展。工业自动化可缩短制造周期并降低生产成本,同时大幅减少设备停机时间,除了已推动的工业4.0趋势,大流行更加速工业自动化进程,实现在人力受限的情况下维持产线运作。与传统的SiMOSFET、IGBT产品相比,在工业领域使用SiC MOSFET可实现高耐压性、高速开关和低导通电阻,并且有助于降低功耗和系统小型化,是当前所有厂商发展重心。

此外,充电桩属工业领域,需通过工业认证。充电桩是新能源车要普及的关键,并且充电时间越短、适应各种环境进行大功率充电,是充电桩统一的目标,而功率半导体元件是实现电能转换的核心元件。在充电桩中,需要AC/DC Converter、DC/DCConverter等装置进行电压和频率的转换,随着缩短充电时间的要求,功率半导体元件则需要具备耐高压特性,故SiC MOSFET将逐渐在充电桩中渗透,并朝降低热阻、减少高频工作的开关损耗等特性发展。

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