汽车行业功率控制的挑战

电动和混合动力汽车正在汽车市场上获得越来越大的市场份额，成为电子系统供应商感兴趣的关键领域。自动驾驶和电动汽车等技术进步可能会增加电子元件的应用领域。
 
据透明市场研究公司报道，从2017年到2025年，全球汽车电子市场的复合年增长率将达到19.0%，到2025年将达到2200万美元以上。

Figure 1: Carlos Castro图1：卡洛斯·卡斯特罗

在这次访谈中，Littelfuse的卡洛斯·卡斯特罗将我们带到了将电源管理与汽车行业联系起来的不同方面。 Carlos Castro于2015年加入Littelfuse，现任汽车功率控制全球营销总监。 在加入Littelfuse之前，他曾在英飞凌科技公司工作了12年，担任应用工程师，并领导汽车部门的各种技术和产品营销团队。
 
描述Littelfuse 功率半导体的最新更新。 

你大力推动的市场是什么？
 
2018年，我们收购了功率半导体和集成电路市场的全球先驱IXYS公司，这是我们公司历史上最大的一次收购。IXYS专注于工业、通信、消费和医疗市场的中高压功率控制半导体。此次收购给我们带来了一些宝贵的战略优势，包括更广泛的技术平台，以及进一步扩大工业和电子市场的能力。它还支持我们的功率控制产品组合长期渗透到汽车市场，并扩大我们可以向全球客户提供的每辆车功率半导体含量的百分比。
 
从本质上讲，IXYS是我们功率半导体业务的基石。它使我们成为功率半导体行业最强大的参与者之一，能够利用我们的集体资源和产品组合来支持我们的客户。现在我们已将IXYS集成到我们的运营中，它扩展了我们在高压和半导体技术相关的工程专业知识和知识产权，并增加了我们在半导体行业的整体影响力，增加了我们的规模和数量。 它使我们能够重新绘制功率半导体路线图。
 
我们最新的一些技术发布包括X系列850V  -  1000V超结功率MOSFET和X4系列100V  -  150V N通道超结功率MOSFET，均采用HiPerFET™选项。 我们的竞争对手无法提供漏极 - 源极电压较低的超结MOSFET（图2）。

 
图2：X系列850V - 1000V超结功率MOSFET

除收购IXYS外，我们还通过投资和收购Monolith Semiconductor发展了我们的功率半导体业务。 我们于2015年开始与Monolith合作，并于去年年底完成了收购。 Monolith专注于开发碳化硅功率器件技术，采用独特的工艺架构，将硅晶圆厂中使用的标准无差异工艺模块与专有工艺步骤相结合，为成品器件提供性能优势。
 
去年，Monolith 碳化硅肖特基二极管和MOSFET已经从原型转变为生产。 我们扩展的功率半导体产品组合，就像我们真正的高功率和高压产品等IGBT组件，开辟了我们可以提供的市场，如铁路运输，电网，基础设施，直流电机驱动等市场。另一方面 我们采用较小封装的低压产品使我们能够服务于不同的市场，如太阳能，电动汽车充电和工业机器人。
 
从各方面讨论来看，电动汽车可被视为新的绿色技术。Littelfuse参与此技术的费用是多少？ 你们通过什么来改进技术，例如电池电源管理的效率？
 
我们绝对参与了开发电动汽车技术，不仅从功率半导体的角度来看，而且从电路保护和传感的角度来看也是如此。其中一个最好的例子是车载充电器，我们正致力于成为客户需要的系统中几乎所有元件的一站式服务。我们在那里有大量的功率半导体器件，并且在电动汽车或混合动力汽车中还有其他应用示例，例如主开关或辅助系统。我们还与电动汽车制造商合作开发高压空调组件。随着电动汽车的发展，越来越多的应用正在从12伏转向高压电网。我们肯定参与了这项新的绿色技术以及我们正在采取的措施来提高整个电动传动系统的效率。例如，我们正在努力优化可用和成熟的硅技术，例如IGBT，以满足降低功率损耗的特定应用。我们的客户要求我们做的是精调，优化那些针对特定混合动力和电动汽车应用的标准可用技术（图3）。

 
图3：电动汽车充电解决方案

对于像氮化镓或类似的新型半导体材料，未来的前景如何？它们将如何影响电源解决方案的设计？
 
正如我所提到的，我们的重点是碳化硅。在混合动力和电动汽车市场上有着广泛的应用，如车载充电器、主逆变器、低压和高压蓄电池之间的DC-DC变换器等。
 
碳化硅的优点很大程度上取决于应用的要求。例如，对于混合动力电动汽车的车载充电器，在空间和重量方面通常有很多限制，因为混合动力汽车也有内燃机，因此对于车载充电器等附加系统来说，没有太多空间。因此，车载充电器必须尽可能小巧轻便。这就是为什么碳化硅确实能带来巨大的好处，因为碳化硅的效率非常高，它可以减少损耗，并且可以减小元件的尺寸，增加开关频率。我们看到许多设计师正在车载充电器上评估和使用碳化硅。
 
您认为未来哪些挑战会影响到汽车，您打算如何改进产品套件以应对这些挑战？
 
我更愿意把它们看作是机遇而不是挑战。我看到了两个不同领域的重大机遇：一个是自动驾驶，另一个是我所说的“电动性”，包括混合动力、电动汽车，也许还有其他技术。无论是自动驾驶，还是电动性，两者都在改变传统的乘客运输概念。这不是我们上个世纪看到的进化，而是一场革命。到目前为止，我们看到的是新的应用，新的系统正在缓慢地引入大容量汽车。我们现在所看到的自动驾驶和电动性是完全不同的客运方式。
 
这两个机会都引入了许多新的应用。这些新的应用与当前的应用有着非常不同的要求。例如，如果我们谈论自动驾驶，我们会看到在安全性和可靠性方面有更高的要求。如果汽车是自动驾驶的，你不希望它有任何问题，并且，在电动性方面，现在在车上引入了400-500伏电压，你的问题和在过去的100年里遇到的只有12伏电池在车上的问题有很大的不同。
 
我们也看到越来越多的非传统汽车客户试图通过这些新应用以及全新技术来获得业务的一部分。我们之前谈到的碳化硅和其它宽带隙材料，还有LiDAR（一种用于自动驾驶的基本传感器技术）现在被引入汽车中。 这绝对是整个汽车界的挑战。
 
现在，我们正在研究一张扩展的半导体路线图，功率半导体将在这些挑战中发挥至关重要的作用。我们对汽车碳化硅、汽车高压场效应晶体管、IGBT和汽车栅极驱动器等产品感兴趣。我们正在努力成为一个参与者，不仅在功率半导体行业，而且在功率半导体汽车行业。我们还将继续扩大我们的产品组合和功能，不仅用于功率半导体，还用于电路保护和传感。我们希望在尽可能多的领域，成为这些汽车应用的一站式商店。当我们与客户交谈时，我们希望能够与他们讨论的不仅仅是电路的一部分，而是电路的最大部分。