Les solutions industrielles vertes stimulent la croissance du marché des applications énergétiques
Alors que les individus accordent de plus en plus de priorité à la protection de l'environnement, en mettant l'accent sur la conservation de l'énergie, la réduction des émissions et un mode de vie bas-carbone, la transition vers les énergies vertes, l'électrification et l'efficacité énergétique stimule une croissance rapide des produits et applications liés à la vie quotidienne et aux secteurs industriels, tels que les véhicules électriques, la production d'énergie photovoltaïque, le stockage d'énergie, et bien plus encore. Cet article vous offrira un aperçu du concept et des applications des solutions industrielles vertes (GIS) ainsi que des solutions d'applications pertinentes introduites par onsemi.
Les applications industrielles évoluent vers le développement de l'énergie verte et de l'électrification
Comparé à la consommation d'énergie dans les secteurs de la consommation et de l'industrie, les applications industrielles sont les véritables grands consommateurs d'énergie. Ainsi, sous la tendance de la protection de l'environnement avec un accent sur la réduction des émissions de carbone et la décarbonisation, de nombreuses applications industrielles se dirigent vers l'utilisation des énergies vertes et l'électrification pour impulser la transformation énergétique et atteindre les objectifs de développement de l'industrie verte. Actuellement, des solutions telles que les solutions solaires, les entraînements industriels, les pompes à chaleur, les systèmes CVC industriels, les alimentations sans interruption (UPS), les transformateurs à semi-conducteurs (SST), le stockage d'énergie et la recharge rapide en courant continu sont toutes des applications pouvant utiliser des solutions énergétiques performantes pour l'optimisation énergétique. Selon les données de recherche de marché, l’installation photovoltaïque mondiale devrait augmenter à 450 GW en 2024 et atteindre 684 GW en 2027, avec un taux de croissance annuel composé (CAGR) de 14,4 % (estimé à 400 GW en 2023, contre 252 GW en 2022). Le marché mondial des systèmes de stockage d'énergie (ESS) devrait également croître rapidement, passant de 100 GWh en 2023 à 258 GWh en 2026, avec un CAGR de 37 %. De plus, la combinaison de l'énergie solaire et des technologies de stockage d'énergie, ainsi que l'utilisation croissante du cloud et le développement d'applications d'intelligence artificielle (IA) régénérative, contribuent à la diminution du coût actualisé de l'énergie (LCOE), en faisant l'une des formes de production d'énergie les plus rentables. La croissance rapide du marché des véhicules électriques stimule également la demande pour l'installation de bornes de recharge rapide en courant continu à haute puissance (250KW+) et de chargeurs mégawatts. D'autre part, la montée des systèmes de réseaux distribués a également stimulé la demande pour les SST, le stockage d'énergie et l'énergie solaire. En outre, le développement de micro-réseaux équipés de systèmes photovoltaïques, de systèmes de stockage d'énergie (ESS) et de chargeurs résidentiels bidirectionnels (<22KW) est en pleine accélération. Par ailleurs, à partir de 2023, la réglementation 80 PLUS Titanium de l’Union européenne exige une densité de puissance plus élevée pour les pompes à chaleur et les entraînements moteurs. Tous ces facteurs contribuent aux tendances de croissance rapide sur le marché de l'industrie verte.
L'application des pompes à chaleur est un marché émergent en pleine croissance
En observant les tendances de développement dans les applications solaires et de stockage d'énergie, dans les applications résidentielles, les modules intégrés de puissance (PIM) devraient évoluer vers un développement discret, et les semi-conducteurs de puissance passeront du silicium au carbure de silicium (SiC), avec des modules SiC devenant le produit principal. Dans les secteurs commerciaux, les PIM devraient évoluer vers des modules discrets à haute puissance, et les modules hybrides SiC deviendront une tendance. Dans les réseaux publics à grande échelle, les grands modules PIM et les semi-conducteurs de puissance basés sur l'IGBT deviendront les produits principaux, et la puissance passera de 225KW à 350KW, avec les photovoltaïques antérieurs en 1500V évoluant vers des photovoltaïques en 2KV. Dans l'application des chargeurs pour véhicules électriques (EV), la tension de charge pour les stations de charge résidentielles devrait être principalement de 650 V, tandis que les stations de charge rapide DC externes évolueront vers 1200 V pour améliorer la vitesse et l'efficacité de charge. Ce développement vise à répondre au défi des vitesses de charge lentes des véhicules électriques, les rendant ainsi plus attractifs pour les consommateurs. En outre, dans les produits de contrôle de transmission tels que le HVAC (chauffage, ventilation et climatisation) et le contrôle des moteurs, la commande de variation de fréquence des moteurs, la conversion de puissance et les onduleurs devraient utiliser largement des semi-conducteurs de puissance de 650 V et 1200 V (PIM, IGBT, diodes). Les pompes à chaleur représentent un autre marché émergent en forte croissance. Prenant comme exemple le marché européen, le marché actuel des pompes à chaleur dans l'Union européenne est proche de 3 millions d'unités, et on prévoit une croissance à environ 4 millions d'unités d'ici 2025, puis à 7 millions d'unités d'ici 2030. Atteindre les objectifs de décarbonisation pour le chauffage de l'espace et de l'eau pourrait entraîner une réduction des émissions de CO2 équivalente aux émissions annuelles des pots d'échappement des voitures en Europe. De plus, pour encourager les consommateurs à adopter les pompes à chaleur, les États-Unis ont introduit l'Inflation Reduction Act (IRA), une politique de crédit d'impôt pouvant offrir jusqu'à 30 % de réduction sur les coûts d'installation. Du point de vue du marché, bien que ce soient actuellement les fabricants japonais de HVAC qui dominent le secteur des pompes à chaleur, prochainement, l'Union européenne (Bosch), la Corée du Sud (Samsung, LG) et les fabricants chinois de HVAC devraient entrer sur ce marché très prometteur.
Le IGBT 1200V à très haute efficacité réduit significativement les pertes de conduction et de commutation
Face au développement prometteur du marché industriel vert, onsemi a introduit une série de produits Transistor Bipolaire À Grille Isolée (IGBT) 1200V à ultra-haute efficacité pour répondre à ces besoins. Ces dispositifs offrent des niveaux de performance leaders dans l'industrie, minimisant les pertes de conduction et de commutation au maximum. Ils sont conçus pour améliorer l'efficacité des applications à commutation rapide et seront principalement utilisés dans des applications d'infrastructure énergétique telles que les onduleurs solaires, les alimentations électriques sans interruption (UPS), le stockage d'énergie et la conversion d'énergie pour la recharge des véhicules électriques. L'IGBT 1200V Trench Field Stop (TFS) FS7 de onsemi est utilisé dans des applications d'infrastructure énergétique à haute fréquence de commutation pour augmenter l'entrée jusqu'à une haute tension (étage boost) et dans l'onduleur pour fournir une sortie en courant alternatif. Les faibles pertes de commutation du dispositif FS7 permettent des fréquences de commutation plus élevées, réduisant la taille des composants magnétiques, augmentant la densité de puissance et abaissant les coûts du système. Pour les applications d'infrastructure énergétique à haute puissance, le coefficient de température positif du dispositif FS7 facilite son utilisation en fonctionnement parallèle. Le dispositif FS7 est disponible en versions haute vitesse (S series) et moyenne vitesse (R series). Tous les dispositifs présentent une diode optimisée pour un faible VF, réduisant les pertes de commutation, et peuvent fonctionner à une température de jonction (TJ) allant jusqu'à 175°C. Les dispositifs de la série S, tels que FGY75T120SWD, surpassent les IGBT 1200V existants sur le marché en termes de performance de commutation. Testés avec un courant pouvant atteindre 7 fois la valeur nominale, ces produits IGBT offrant une très haute fiabilité présentent une immunité de classe mondiale contre les verrouillages. La série R est optimisée pour les applications de commutation moyenne vitesse, mettant l'accent sur les pertes de conduction, telles que le contrôle moteur et les relais à semi-conducteurs. FGY100T120RWD présente une VCESAT aussi basse que 1,45V à 100A, soit une réduction de 0,4V par rapport aux dispositifs de génération précédente. FGY100T120RWD est une technologie IGBT de pointe Field Stop de 7ème génération et diode Gen7. Il est proposé dans un boîtier TP247 à 3 broches, offrant des performances optimales avec des pertes de conduction faibles et une excellente contrôlabilité de commutation. Cela le rend adapté à diverses applications telles que le contrôle moteur, les alimentations électriques sans interruption (UPS), les centres de données, les interrupteurs haute puissance et bien plus encore, assurant un fonctionnement efficace. Le dispositif FS7 est disponible dans différents boîtiers tels que TO247-3L, TO247-4L, Power TO247-3L, et peut également être fourni en tant que puce nue, offrant une flexibilité de conception et des configurations alternatives pour les concepteurs.
Les MOSFETs en SiC et les diodes répondent aux exigences des applications haute puissance
Un transistor à effet de champ à oxyde métallique (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET) est un type de transistor doté d'une grille isolée. Bien que les éléments de conception soient similaires, ces MOSFET en carbure de silicium (SiC) présentent une tension de blocage plus élevée et une meilleure conductivité thermique que les MOSFET en silicium (Si). Les dispositifs de puissance SiC affichent également une résistance à l'état bas plus faible et une résistance à la rupture dix fois supérieure à celle du silicium classique. En général, les systèmes utilisant des MOSFET SiC offrent de meilleures performances et une efficacité supérieure par rapport à ceux utilisant des MOSFET fabriqués avec des matériaux silicium. Choisir des MOSFET SiC plutôt que des MOSFET en silicium présente plusieurs avantages, tels que des fréquences de commutation plus élevées. Lors de l'utilisation de modules MOSFET SiC, le fonctionnement à haute température n'est pas un problème, car ces dispositifs peuvent fonctionner efficacement même en cas de chaleur élevée. De plus, l'utilisation de MOSFET SiC permet de bénéficier de tailles de produits plus compactes, puisque tous les composants (inducteurs, filtres, etc.) sont plus petits. onsemi a introduit une série de MOSFET et de diodes SiC pour répondre aux exigences des applications de puissance élevée. Les MOSFET SiC de onsemi sont conçus pour être rapides et robustes, offrant des avantages système tels qu'une efficacité élevée, une taille réduite du système et des économies de coûts. onsemi a lancé des MOSFET SiC 650V (séries M2 et M3) et des MOSFET SiC 1200V (série M3), connus sous le nom de EliteSiC MOSFETs. Ces nouveaux produits utilisent une technologie avancée et offrent une performance de commutation supérieure ainsi qu'une fiabilité accrue par rapport au silicium. De plus, une faible résistance à l'état passant et des tailles de puces compactes garantissent une faible capacité et une charge de grille réduite. Par conséquent, les avantages système incluent une efficacité accrue, des fréquences de fonctionnement plus rapides, une densité de puissance augmentée, un EMI réduit et des tailles de systèmes plus petites. La série de produits EliteSiC MOSFET est très diversifiée, comprenant des produits de qualité automobile (numéro de pièce commençant par "NV") et des lignes de produits de qualité industrielle (numéro de pièce commençant par "NT"), avec diverses spécifications pour répondre aux différentes exigences des applications. Les produits de qualité automobile respectent la norme automobile AEC-Q101 et peuvent être utilisés dans les convertisseurs DC/DC automobiles, la correction du facteur de puissance (PFC) automobile, et les produits finis courants incluent les chargeurs embarqués automobiles, les convertisseurs DC/DC automobiles des véhicules électriques (EV)/hybrides rechargeables (PHEV). Les produits de qualité industrielle sont soumis à des tests d'avalanche à 100 % et peuvent être utilisés dans des applications industrielles, avec des produits finis comprenant des alimentations sans interruption/systèmes de stockage d'énergie, des chargeurs solaires et pour véhicules électriques, et plus encore. Pour répondre à la proposition de valeur des solutions industrielles vertes, les produits de onsemi sont conçus avec des topologies et configurations optimisées pour les applications. Ils comportent également des dispositions optimisées des broches et des dispositions cuivre directement connecté (DBC), ainsi qu'une combinaison complète de dispositifs en silicium (Si) et en carbure de silicium (SiC). Cela, associé à une large gamme d'options d'emballage, garantit une flexibilité de fabrication. onsemi propose un portefeuille complet de produits MOSFET SiC, couvrant des solutions pour la charge rapide de véhicules électriques en courant continu, ainsi que des produits modulaires supportant des plages de puissance allant de 40 kW à 75 kW. L'entreprise est à la pointe dans divers formats, notamment les dies nus, MOSFET discrets, modules innovants et topologies avancées. De plus, onsemi prévoit de lancer des cartes d'évaluation de dispositifs discrets SiC et des cartes d'évaluation de modules SiC au premier trimestre 2024, dans le but d'offrir aux clients le support technique et les services les plus complets.
Conclusion
L'énergie verte est devenue la voie que l'humanité doit emprunter pour un développement durable. Que ce soit dans la vie quotidienne ou pour les besoins énergétiques industriels, la transition vers l'électrification de l'énergie est essentielle. En raison de la consommation d'électricité nettement plus élevée dans les industries par rapport à la vie quotidienne, l'adoption de solutions industrielles vertes contribuera de manière significative à l'objectif d'une énergie durable. onsemi a introduit un portefeuille complet de produits SiC et IGBT applicables à divers produits énergétiques, offrant une efficacité de conversion d'énergie améliorée et constituant l'un des meilleurs choix pour les produits et applications concernés.
Étiquettes d'article
