녹색 산업 솔루션이 에너지 응용 시장 성장을 주도하고 있습니다
사람들이 환경 보호를 점점 더 우선시하고 에너지 절약, 배출 감소, 저탄소 생활을 강조함에 따라, 녹색 에너지, 전기화, 에너지 효율성을 향한 전환이 전기차, 태양광 발전, 에너지 저장 등 일상생활 및 산업 부문과 관련된 제품과 애플리케이션의 급속한 성장을 이끌고 있습니다. 이 기사에서는 Green Industrial Solutions (GIS)의 개념과 애플리케이션에 대한 개요와 onsemi에서 제안한 관련 애플리케이션 솔루션을 제공합니다.
산업용 애플리케이션은 친환경 에너지와 전기화 개발로 나아가고 있습니다
소비자 및 산업 분야의 에너지 소비와 비교할 때, 산업 응용 분야는 진정한 주요 에너지 소비자로 자리 잡고 있습니다. 따라서 저탄소 및 탈탄소화를 중점으로 하는 환경 보호 트렌드에 따라, 많은 산업 응용 분야가 에너지 전환을 추진하고 녹색 산업 개발 목표를 달성하기 위해 친환경 에너지원 및 전력화를 채택하는 방향으로 전환하고 있습니다. 현재, 태양광 솔루션, 산업용 드라이브, 히트펌프, 산업 HVAC, 무정전 전원장치(UPS), 솔리드 스테이트 변압기(SST), 에너지 저장, DC 급속 충전기 등은 고성능 에너지 효율 솔루션을 활용하여 에너지 최적화를 이룰 수 있는 응용 분야들입니다. 시장 조사 데이터에 따르면, 전 세계 PV 설치 용량은 2024년에 450GW로 증가하고, 2027년에는 684GW에 도달할 것으로 예상되며, 연평균 성장률(CAGR)은 14.4%입니다(2023년은 약 400GW로 추정되며, 2022년의 252GW와 비교됨). 또한, 글로벌 에너지 저장 시스템(ESS) 시장도 빠르게 성장할 것으로 예상되며, 2023년 100GWh에서 2026년에는 258GWh로 증가하며 CAGR은 37%입니다. 게다가 태양광과 에너지 저장 기술의 결합 및 클라우드의 사용 증가와 생성적 인공지능(AI) 응용 프로그램 개발은 에너지 균등화 비용(LCOE)의 감소를 야기해 가장 비용 효율적인 에너지 생산 형태 중 하나로 만들어가고 있습니다. 전기차 시장의 급속한 성장 또한, 고출력 DC 급속 충전기(250kW 이상) 및 메가와트 충전기의 설치 수요를 증가시키고 있습니다. 한편, 분산형 전력망 시스템의 증가도 SST, 에너지 저장, 태양광 에너지에 대한 수요를 촉진하고 있습니다. 또한, 태양광, 에너지 저장 시스템(ESS), 양방향 주거용 충전기(<22kW)를 갖춘 마이크로그리드의 개발이 탄력을 얻고 있습니다. 더불어, 2023년부터 유럽연합의 80 PLUS Titanium 규정은 히트펌프 및 모터 드라이브에 대해 더 높은 전력 밀도를 요구합니다. 이러한 모든 요인들이 녹색 산업 시장의 급속한 성장 트렌드에 기여하고 있습니다.
히트펌프의 응용은 빠르게 성장하는 신흥 시장입니다
태양광 및 에너지 저장 응용 분야의 개발 동향을 살펴보면, 주거용 응용 분야에서는 전력 집적 모듈(PIM)이 개별화된 개발로 이동할 것으로 예상되며, 전력 반도체는 실리콘 기반에서 실리콘 카바이드(SiC)로 전환될 것입니다. SiC 모듈은 주류 제품이 될 것입니다. 상업적 부문에서는 PIM이 고출력 개별화로 이동할 것으로 예상되며, 하이브리드 SiC 모듈이 트렌드가 될 것입니다. 대규모 유틸리티 그리드에서는 대형 PIM 모듈과 IGBT 기반 전력 반도체가 주류 제품이 될 것이며, 출력은 225KW에서 350KW로 업그레이드되고, 기존의 1500V 태양광은 2KV 태양광으로 업그레이드될 것입니다. 전기차(EV) 충전기 응용 분야에서는 주거용 충전소의 충전 전압이 주로 650 V가 될 것으로 예상되며, 외부 DC 급속 충전소는 더 높은 충전 속도와 효율성을 위해 1200 V로 전환될 것입니다. 이러한 개발은 전기차의 충전 속도 문제를 해결하여 소비자들에게 더 매력적으로 만들기 위한 것입니다. 또한, HVAC(난방, 환기 및 공조) 및 모터 제어와 같은 전송 제어 제품에서는 모터의 가변 주파수 드라이브 제어, 전력 변환 및 인버터가 650 V 및 1200 V 전력 반도체(PIM, IGBT, 다이오드)를 광범위하게 활용할 것으로 예상됩니다. 열펌프는 또 다른 빠르게 성장하는 신흥 시장을 대표합니다. 유럽 시장을 예로 들면, 현재 유럽 연합의 열펌프 시장은 약 300만 대에 이르며, 2025년까지 약 400만 대로 성장하고, 2030년까지 700만 대로 증가할 것으로 예상됩니다. 난방 및 온수 탈탄소화 목표를 달성하면 유럽에서 발생하는 차량 한 해 동안의 배기 가스 배출량에 해당하는 Co2 배출이 감소할 수 있습니다. 또한, 소비자들이 열펌프를 채택하도록 장려하기 위해, 미국은 최대 설치 비용의 30%를 절감할 수 있는 세액 공제 정책인 인플레이션 감축법(IRA)을 도입했습니다. 시장 관점에서 볼 때, 현재는 일본 HVAC 제조업체들이 열펌프 부문을 선도하고 있지만, 곧 유럽연합(Bosch), 대한민국(Samsung, LG), 중국 HVAC 제조업체들이 이 유망한 시장에 진입할 것으로 예상됩니다.
초고효율 1200V IGBT는 도통 손실과 스위칭 손실을 크게 감소시킵니다
녹색 산업 시장의 유망한 발전을 보며, onsemi는 이를 해결하기 위해 초고효율 1200V 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 제품 시리즈를 선보였습니다. 이 제품들은 업계 최고의 성능 수준을 갖추고 전도 및 스위칭 손실을 최대한 줄입니다. 빠른 스위칭 응용 프로그램의 효율성을 향상시키도록 설계되었으며, 태양광 인버터, 무정전 전원 공급장치(UPS), 에너지 저장 및 전기차 충전 전력 변환과 같은 에너지 인프라 응용 분야에서 주로 사용될 것입니다. onsemi의 1200V Trench Field Stop (TFS) FS7 IGBT는 입력 전압을 고전압으로 증폭하는 에너지 인프라 응용 프로그램(부스트 단계)과 인버터에서 AC 출력을 제공하기 위해 사용됩니다. FS7 디바이스의 낮은 스위칭 손실은 더 높은 스위칭 주파수를 가능하게 하며, 자기 부품의 크기를 줄이고 전력 밀도를 높이며 시스템 비용을 낮출 수 있습니다. 고출력 에너지 인프라 응용 프로그램에 대해 FS7 디바이스의 양 측정 온도 계수는 병렬 운전을 용이하게 합니다. FS7 디바이스는 고속(S 시리즈) 및 중속(R 시리즈) 버전으로 제공됩니다. 모든 디바이스는 낮은 VF를 위한 최적화된 다이오드를 특징으로 하며 스위칭 손실을 줄이고 최대 175°C의 접합 온도(TJ)에서 작동할 수 있습니다. 예를 들어 S 시리즈 디바이스(FGY75T120SWD)는 스위칭 성능 면에서 시장에 나와 있는 기존의 1200V IGBT보다 뛰어납니다. 정격값의 7배에 달하는 전류로 테스트된 이 고신뢰성 IGBT 제품들은 동급 최고의 Latch-up 내성을 제공합니다. R 시리즈는 모터 제어 및 솔리드 스테이트 릴레이와 같은 중속 스위칭 응용 프로그램에서 전도 손실에 초점을 맞추어 최적화되었습니다. FGY100T120RWD는 100A에서 1.45V로 낮은 VCESAT를 제공하며, 이전 세대 디바이스에 비해 0.4V 감소하였습니다. FGY100T120RWD는 최첨단 7세대 필드 스톱 IGBT 기술 및 Gen7 다이오드로, 3-리드 TP247 패키지로 제공되어 낮은 전도 손실과 뛰어난 스위치 제어 기능을 제공합니다. 이는 모터 제어, 무정전 전원 공급장치(UPS), 데이터 센터, 고출력 스위치 등 다양한 응용 프로그램에 적합하며 효율적인 운영을 보장합니다. FS7 디바이스는 TO247-3L, TO247-4L, Power TO247-3L 등 다양한 패키지 형태로 제공되며, 설계자들에게 설계 유연성과 대안 구성을 제공하기 위해 베어 다이 형태로도 제공됩니다.
SiC MOSFET 및 다이오드는 고출력 애플리케이션의 요구 사항을 충족합니다
금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)는 절연 게이트를 가진 트랜지스터 유형입니다. 설계 요소는 비슷하지만, 이러한 실리콘 카바이드(SiC) MOSFET는 실리콘(Si) MOSFET보다 더 높은 차단 전압과 우수한 열전도성을 가지고 있습니다. SiC 전력 소자는 낮은 상태 저항은 물론 일반 실리콘 대비 10배의 절연 파괴 강도를 제공합니다. 일반적으로 SiC MOSFET를 사용하는 시스템은 실리콘 소재로 제조된 MOSFET를 사용하는 시스템에 비해 더 나은 성능과 높은 효율을 제공합니다. Si MOSFET 대신 SiC MOSFET를 선택하면, 더 높은 스위칭 주파수와 같은 여러 이점을 누릴 수 있습니다. SiC MOSFET 모듈을 사용할 때, 이러한 소자는 고온에서도 효율적으로 작동할 수 있기 때문에 고온 작동이 걱정되지 않습니다. 또한 SiC MOSFET를 사용함으로써 모든 구성 요소(인덕터, 필터 등)가 작아져 보다 콤팩트한 제품 크기를 구현할 수 있습니다. onsemi는 고출력 애플리케이션의 요구를 충족하기 위해 SiC MOSFET 및 다이오드 시리즈를 도입했습니다. onsemi의 SiC MOSFET는 고속, 견고함을 제공하며, 높은 효율, 시스템 크기 감소, 비용 절감과 같은 시스템적 장점을 제공합니다. onsemi는 650V SiC MOSFET(M2 및 M3 시리즈) 및 1200V SiC MOSFET(M3 시리즈), 즉 EliteSiC MOSFET를 도입했습니다. 이러한 새로운 제품은 첨단 기술을 활용하며, 실리콘과 비교하여 우수한 스위칭 성능과 높은 신뢰성을 제공합니다. 또한, 낮은 온 상태 저항과 소형 칩 사이즈를 통해 낮은 커패시턴스와 게이트 전하를 보장합니다. 결과적으로 시스템적 장점으로는 더 높은 효율, 더 빠른 작동 주파수, 향상된 전력 밀도, 더 낮은 EMI, 더 작은 시스템 크기 등이 포함됩니다. EliteSiC MOSFET 제품 시리즈는 매우 다양하며, 자동차 등급(부품 번호가 "NV"로 시작) 및 산업용 등급(부품 번호가 "NT"로 시작) 제품 라인을 포함하여 다양한 애플리케이션 요구를 충족하는 사양을 제공합니다. 자동차 등급 제품은 AEC-Q101 자동차 표준을 준수하며, 자동차 DC/DC 컨버터, 자동차 역률 보정(PFC)에 사용될 수 있으며, 일반적인 최종 제품으로는 자동차 온보드 충전기, EV/PHEV 차량용 DC/DC 컨버터가 포함됩니다. 산업용 등급 제품은 100% 애벌랜치 테스트를 거치며, UPS/에너지 저장 시스템, 태양광 및 전기차 충전기 등을 포함한 산업 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. 그린 산업 솔루션의 가치 제안을 충족하기 위해, onsemi의 제품은 애플리케이션에 최적화된 토폴로지와 구성으로 설계되었습니다. 또한 최적화된 핀 레이아웃과 직접 접착 구리(DBC) 레이아웃, 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC) 소자의 종합적 조합을 특징으로 합니다. 이는 포괄적인 패키징 옵션과 결합되어 제조 유연성을 보장합니다. onsemi는 빠른 DC 전기차 충전 솔루션을 포함하여 40kW에서 75kW까지 전력 범위를 지원하는 모듈 제품을 포함하는 포괄적인 SiC MOSFET 제품 포트폴리오를 제공합니다. 이 회사는 베어 다이, 개별 MOSFET, 혁신적인 모듈, 최첨단 토폴로지 등 다양한 형식에서 선두를 달리고 있습니다. 또한, onsemi는 2024년 1분기에 SiC 개별 소자 평가 보드 및 SiC 모듈 평가 보드를 출시할 계획이며, 고객들에게 가장 완전한 기술 지원 및 서비스를 제공합니다.
결론
녹색 에너지는 지속 가능한 발전을 위해 인류가 반드시 가야 할 길이 되었습니다. 일상생활이든 산업 에너지 요구이든 에너지 전력화로의 전환은 필수적입니다. 산업에서의 전력 소비는 일상생활에 비해 상당히 높기 때문에, 녹색 산업 솔루션을 채택하는 것은 지속 가능한 에너지 목표에 크게 기여할 것입니다. onsemi는 다양한 전력 제품에 적용 가능한 완전한 SiC 및 IGBT 제품 포트폴리오를 도입하여 더 높은 에너지 변환 효율을 제공하며 관련 제품 및 응용 분야에 가장 적합한 선택 중 하나로 자리하고 있습니다.
기사 태그
