工业数字化的依赖谁在“驱动”工业4.0

2017-10-09 10:01

技术进步与人力成本上升共同推动了工业制造升级，全球制造业发达地区都制订了相应的发展规划，例如“中国制造2025”、“工业4.0”及“工业互联网”。

在工业生产数字化、智能化过程中，我们也不应该遗忘真正“驱动”工业设备运转的半导体元器件，尤其是功率器件。如今，功率器件被广泛应用于各种工业设备中，用来控制、转换与调节系统的电压电流，从MOSFET、IGBT，到新兴的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件，不同类型的功率器件满足了不同工业应用环境的需要。

工业应用对功率器件的要求

面向工业设备的功率器件使用条件比较苛刻，有的应用需要24小时365天无间断运转。瑞萨电子大中国区汽车电子业务中心高级部门专家落合康彦指出，设计与研发功率器件时，必须考虑两点。“一个是损耗特性，由于无间断运转需求，如何减少器件所产生的损耗对工厂电费有直接影响。而且不同应用需要不同的开关频率，工程师需要按照实际开关频率要求，决定有限考虑的是导通损耗还是开关损耗，然后决定最佳的选择；第二是可靠性，特别是无人工厂，器件故障会直接影响到工厂运作造成损失，所以器件耐受性也是需要优先考虑。”

“工业设备和自动化产线对功率器件有绝对的依赖，这些设备通过功率器件实现能量转换，功能动作的实现也是通过控制功率器件来完成。”力特公司（Littelfuse）技术应用经理杜尧生认为，现在对功率器件的要求越来越高，高效率、低功耗、小尺寸，以及容易控制和方便应用，都是工业应用对功率器件的要求。

“应用于工业的功率器件必须可靠、高效、紧凑，能够耐受抛负载，而且能在宽输入电压范围保持输出稳定，”安森美半导体应用工程经理Jon Gladish则这样表示，“此外，电源转换的损耗要小，能够在较宽的温度范围工作。”

大功率器件

大功率器件主要用于工业应用，相比小功率器件，高电压、大电流的大功率器件在设计开发和应用中需要考虑的因素更多。

“大电流高电压的产品都要考虑应力设计问题，而且大功率器件通常不是一个理想的开关器件，所以在设计时需要充分注意导通损耗、电压变化率（du/dt）、电流变化率(di/dt）等问题，二极管的反向恢复时间也需要考虑。”力特杜尧生表示，功率器件电压设定也很重要，现在cool MOS电压到1200V已经接近极限，1700V和3300V只能采用IGBT，但力特的碳化硅（SiC）MOSFET却非常容易实现1200V和1700V的最低电压设计。

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