Die Funktion von Energiespeicher-Wechselrichtern trägt nicht nur zur Verbesserung der Effizienz und Betriebsstabilität von Energiespeichersystemen bei, sondern dient auch als Informationsplattform für verschiedene Informationsübertragungen, -verarbeitungen und Echtzeit-Mensch-Maschine-Interaktionen im gesamten Energiespeichersystem , was es zu einer entscheidenden Ausrüstung macht.
Der Wechselrichter ist das Herzstück der Energiespeicherung. Die Hauptfunktion eines Energiespeicher-Wechselrichters besteht darin, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der für das tägliche Leben benötigt wird. Die Kernkomponenten, die diese Funktion erfüllen, sind Leistungshalbleiter (wie IGBT und MOSFET).
Diese Leistungshalbleiter können tausende oder sogar zehntausende Male pro Sekunde schalten und dann die Schaltungsänderungen durch Signale steuern, um Gleichstrom in sinusförmigen Wechselstrom umzuwandeln.
Laut statistischer Analyse bekannter Wechselrichterunternehmen wie Sunac Power, Gudewei und Jinlang Technology machen strukturelle Komponenten 23 % der Kosten aus, IGBT und MOS machen 20 % der Kosten aus, magnetische Komponenten machen 17 % der Kosten aus , und integrierte Chipschaltungen machen 10 % der Kosten aus. Darunter gehören IGBT, Chip-integrierte Schaltkreise, Kondensatoren, Sensoren, Leiterplatten und andere Produkte in Wechselrichtern zum Bereich der Leistungselektronik.
Es zeigt sich, dass leistungselektronische Geräte 46 % der Kosten von Wechselrichtern ausmachen und den Hauptbestandteil darstellen.
Daher ist es erwähnenswert, dass die in Energiespeicher-Wechselrichtern verwendeten Halbleiterbauelemente IGBT, MOS-Transistor, MCU, Power-Management-Chip, Kondensator, Leiterplatte usw. umfassen. Darunter haben IGBT, MOS-Transistor und Power-Management-IC einen hohen Anteil und große Mengen in Energiespeicher-Wechselrichtern und sind wesentliche Geräte.
Es kann vorhergesagt werden, dass mit der Verbesserung des Wohlstands der Energiespeicherung die Nachfrage nach Halbleiterbauelementen in Wechselrichtern steigen wird, was für Halbleiterbauelementhersteller eine große Chance darstellt, den Energiespeichermarkt in Zukunft zu gestalten.
1. IGBT
Die Hauptfunktionen von IGBT im Bereich der Energiespeicherung sind Spannungsumwandlung, Frequenzumwandlung, Wechselstromumwandlung usw. Es ist ein unverzichtbares Gerät in Energiespeicheranwendungen.
IGBT ist ein zusammengesetztes, vollständig gesteuertes, spannungsgesteuertes Leistungshalbleiterbauelement aus BJT (Bipolartransistor) und MOS (Insulated Gate Field Effect Transistor), das die Vorteile der hohen Eingangsimpedanz des MOSFET und des geringen Leitungsspannungsabfalls des GTR vereint. IGBT ist die Kernkomponente für die Energieumwandlung und -übertragung, allgemein bekannt als „CPU“ leistungselektronischer Geräte.
IGBT-Wettbewerbslandschaft
Aufgrund der hohen Design- und Prozessanforderungen von IGBT sowie des Mangels an IGBT-bezogenen technischen Talenten, der schwachen Prozessgrundlage und des späten Beginns der Unternehmensindustrialisierung in China wurde der IGBT-Markt lange Zeit von großen ausländischen multinationalen Unternehmen monopolisiert.
Seit 2015 liegt der IGBT-Selbstversorgungsgrad Chinas bei über 10 % und steigt allmählich an. Es wird erwartet, dass Chinas IGBT-Selbstversorgungsgrad bis 2024 40 % erreichen wird. Basierend auf der Anforderung der Domestizierung von Kernkomponenten, die in relevanten nationalen Richtlinien vorgeschlagen wird, ist die inländische Substitution zum Entwicklungstrend der inländischen IGBT-Industrie geworden.
Derzeit wird der inländische IGBT-Markt hauptsächlich von ausländischen Herstellern wie Infineon, Mitsubishi Electric und Fuji Electric dominiert. Die drei größten Unternehmen im chinesischen IGBT-Marktanteil sind Infineon, Mitsubishi Electric und Fuji Electric. Unter ihnen hat Infineon mit 15,9 % den höchsten Anteil.
2. MOS-Transistor
MOSFET ist ein FET-Typ mit isoliertem Gate, bei dem die Spannung die Leitfähigkeit des Geräts bestimmt. Mit der Erfindung der MOSFETs sollten die Nachteile von FETs wie hoher Drain-Widerstand, moderate Eingangsimpedanz und langsamer Betrieb überwunden werden. Daher können MOSFETs als die Weiterentwicklung von FET bezeichnet werden.
MOSFETs werden üblicherweise zum Schalten oder Verstärken von Signalen verwendet. Die Fähigkeit, die Leitfähigkeit bei angelegter Spannung zu ändern, kann zum Verstärken oder Schalten elektronischer Signale genutzt werden.
MOSFETs sind bislang die am häufigsten verwendeten Transistoren in digitalen Schaltkreisen, da Speicherchips oder Mikroprozessoren Hunderte oder Millionen von Transistoren enthalten können.
Aufgrund ihrer Fähigkeit, aus p-Typ- oder n-Typ-Halbleitern hergestellt zu werden, können komplementäre MOS-Transistoren zur Herstellung von Schaltkreisen mit sehr geringem Stromverbrauch in Form von CMOS-Logik verwendet werden.
In digitalen und analogen Schaltkreisen sind MOSFETs mittlerweile noch häufiger anzutreffen als BJTs.
3. Energieverwaltungschip
Ein Power-Management-Chip ist ein Chip in elektronischen Gerätesystemen, der für die Umwandlung, Verteilung, Erkennung und andere Verwaltung elektrischer Energie verantwortlich ist. Hauptsächlich verantwortlich für die Ermittlung der Amplitude der CPU-Stromversorgung, die Erzeugung entsprechender kurzer Drehmomentwellen und die Ansteuerung der Leistungsabgabe der nachfolgenden Schaltung.
Einige der wichtigsten Energieverwaltungschips sind Dual-Inline-Chips, während andere oberflächenmontierte Gehäuse sind. Darunter ist der Chip der HIP630x-Serie ein klassischer Power-Management-Chip, der von der bekannten Chipdesign-Firma Intersil entwickelt wurde.
Es unterstützt zwei-/drei-/vierphasige Stromversorgung, unterstützt die VRM9.0-Spezifikation, der Spannungsausgangsbereich beträgt 1,1 V-1,85 V, kann den Ausgang für Intervalle von 0,025 V anpassen, Schalter Frequenz bis zu 80 kHz und zeichnet sich durch große Stromversorgung, geringe Welligkeit und geringen Innenwiderstand aus. Es kann die CPU-Stromversorgungsspannung präzise einstellen.
Zu den gängigen Energieverwaltungschips gehören HIP6301, IS6537, RT9237, ADP3168, KA7500, TL494 usw.
Alle elektronischen Geräte verfügen über eine Stromversorgung, aber unterschiedliche Systeme haben unterschiedliche Anforderungen an die Stromversorgung. Um die Leistung elektronischer Systeme zu maximieren, ist es notwendig, die am besten geeignete Energieverwaltungsmethode zu wählen.
Der Anwendungsbereich des Energiemanagements ist recht breit gefächert und umfasst sowohl die individuelle Energieumwandlung (hauptsächlich Gleichstrom in Gleichstrom, d. h. DC/DC), die individuelle Energieverteilung und -erkennung als auch Systeme, die Energieumwandlung und Energiemanagement kombinieren.
Dementsprechend umfasst die Klassifizierung von Power-Management-Chips auch diese Aspekte, wie z. B. lineare Power-Chips, Spannungsreferenz-Chips, Switch-Power-Chips, LCD-Treiber-Chips, LED-Treiber-Chips, Spannungserkennungs-Chips, Batterielade-Management-Chips usw.
4. Leiterplatte
Leiterplatte, abgekürzt PCB, auch bekannt als Leiterplatte, Leiterplatte, Leiterplatte.
Das leitfähige Muster, das durch Drucken von Schaltkreisen, gedruckten Komponenten oder einer Kombination aus beidem auf einem isolierenden Substrat gemäß einem vorgegebenen Design gebildet wird, wird üblicherweise als gedruckte Schaltung bezeichnet, während das leitfähige Muster, das elektrische Verbindungen zwischen Komponenten auf einem isolierenden Substrat herstellt, als gedruckte Schaltung bezeichnet wird Schaltung.
Segmentierte Produktstruktur
Derzeit umfassen die Unterteilungsprodukte für Leiterplatten in China hauptsächlich sechs Typen: Mehrschichtplatinen, flexible Platinen, HDI (High-Density-Interconnect-Platinen), doppelseitige Platinen, Einzelplatten und Verpackungssubstrate.
Daten zeigen, dass Mehrschichtplatinen mit 45,97 % den größten Anteil der segmentierten Leiterplattenprodukte in China ausmachen und damit andere Produkte bei weitem übertreffen. Als nächstes kommt das Softboard mit einem Anteil von 16,68 %; Der HDI-Anteil beträgt 16,59 %. Darüber hinaus betragen die Anteile doppelseitiger Paneele, Einzelpaneele und Verpackungssubstrate 11,34 %, 6,13 % bzw. 3,29 %.
5.MCU
MCU-Chip bezieht sich auf eine Mikrocontroller-Einheit (MCU), auch bekannt als Einzelchip-Mikrocomputer oder Mikrocontroller. Es reduziert die Frequenz und Spezifikationen der Zentraleinheit entsprechend und integriert Peripherieschnittstellen wie Speicher, Zähler, USB, A/D-Wandlung, UART, PLC, DMA und sogar LCD-Treiberschaltungen auf einem einzigen Chip, um eine Chipebene zu bilden Computer, der unterschiedliche Steuerungskombinationen für unterschiedliche Anwendungsszenarien durchführen kann. Daher ist der MCU-Chip ein Mikrocontroller-Chip.
Was die MCU-Lieferanten betrifft, werden viele Wechselrichterhersteller die MCUs der C2000-Serie von TI verwenden. Mit dem Aufkommen von Mikrowechselrichtern beginnen einige Hersteller nun auch, Arm-Core-32-Bit-MCUs für die Hauptsteuerung zu verwenden.
Zu den Hauptlieferanten von MCU zählen daher ausländische Hersteller wie TI, NXP, ST, Microchip, Infineon, Renesas sowie inländische Hersteller wie Zhaoyi Innovation.
6. Sensoren
Bei Energiespeicher-Wechselrichtern ist es notwendig, den Strom zu erfassen und entsprechende Stromsensoren auszuwählen. Wir können die Stromerkennung in mehrere Bereiche unterteilen.
1) Erkennen Sie Gleich- oder Wechselströme im Bereich von 5 A bis 70 A.
Chipbasierte Hall-Stromsensoren, wie der Stromsensor-IC CH701, werden im Allgemeinen zur Erkennung von Gleich- oder Wechselströmen im Bereich von 5 A bis 50 A verwendet. Sie sind eine wirtschaftliche und genaue Lösung für die AC- oder DC-Strommessung in Industrie-, Automobil-, Gewerbe- und Kommunikationssystemen. Kleine Gehäuse sind eine ideale Wahl für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot und sparen gleichzeitig Kosten durch die Reduzierung der Leiterplattenfläche. Zu den typischen Anwendungen gehören Motorsteuerung, Lasterkennung und -management, Schaltnetzteile und Überstromfehlerschutz.
2) Erkennen Sie Gleich- oder Wechselströme im Bereich von 50 A bis 200 A.
Es können Stromsensoren vom Typ Direkteinbau ausgewählt werden
CH704 ist ein isolierter integrierter Strommesschip, der speziell für Anwendungen zur Hochstromerkennung entwickelt wurde. CH704 verfügt über einen eingebauten Primärleiterwiderstand von 0,1 mΩ, der die Chiperwärmung effektiv reduziert und die Hochstromerkennung unterstützt: ± 50 A, ± 100 A, ± 150 A, ± 200 A. Es integriert intern eine einzigartige Temperaturkompensationsschaltung, um eine gute Konsistenz des Chips im gesamten Temperaturbereich von -40 bis 150 Grad zu erreichen. Der Chip wurde vor Verlassen des Werks auf Empfindlichkeit und statische Ausgangsspannung (Nullstrom) kalibriert und bietet eine typische Genauigkeit von ± 2 % über den gesamten Temperaturbereich.
3) Erkennen Sie Gleich- oder Wechselströme über 200 A bis 1000 A.
Es können lineare Hall- und Magnetringe verwendet werden, und programmierbare Hall-Sensoren können verwendet werden, um eine Stromerkennung bis zu 1500 A zu erreichen.
Beispielsweise unterstützt der programmierbare lineare Hall-Chip CHI612 eine 5-V-Einzelstromversorgung. 120 kHz Bandbreite,<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.