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飞兆半导体:持续创新以提升系统能效

发布时间:2009-10-16 来源:电子元件技术网

中心论点:

  • 飞兆半导体在半导体领域的创新和卓越贡献
  • 飞兆半导体专注于绿色能源,以提升系统能效

行业影响:

  • 飞兆半导体被称为“硅谷之根”
  • 飞兆半导体还被称为“硅谷人才摇篮”
  • 飞兆半导体开发集成功率模块解决功率器件设计难题
  • 飞兆半导体的集成功率模块方案包括SPM系列和FPS系列

提到半导体领域的创新和卓越贡献,有一家企业不得不说,他就是被称作“硅谷之根”的飞兆半导体(Fairchild Semiconductor,很多人习惯称作仙童半导体)。飞兆半导体成立于1957年,第二年开发出平面晶体管,集成电路的创新由此发端,一个全新行业诞生。除了一系列前沿的创新之外,飞兆半导体还被称为“硅谷人才摇篮”,硅谷众多的半导体公司是飞兆半导体公司的直接或间接后裔,包括英特尔、AMD的创始人就出自飞兆半导体。如今的飞兆半导体专注于绿色能源,以提升系统能效,是一家持续创新的高能效功率模拟、功率分立和光电解决方案厂商,宗旨是“拯救地球,从节约每一毫瓦开始”。飞兆半导体中国及东南亚地区销售及市场推广部副总裁陈坤和

据EPRI统计,全球电能消耗的51%是用来驱动各种各样的电机,包括电力机车、电梯,电梯门、自动窗、白色家电等等;照明占19%,制热和制冷占16%,应用广泛的IT设备,包括通讯、手机、PC等占到14%。电机驱动与照明消耗了70%的电能,当前低效率电机和低能效照明灯具仍然在普遍使用,如果能够采用新技术,提高能源利用效率,那么这样的产品将迎合环保和成本节约诉求。

让我们了解下节能的潜力,现在广泛使用的交流电机能效只有50%,单相交流电机更换为变速电机效率可以提高40%;如果感应电机替换为永磁电磁,效率可以提高5%;看看照明灯具的节能潜力吧。目前仍然在大量使用的白炽灯,能效只有20%,也就是说只有20%的电能转换成光能,其余的都浪费了。如果将白炽灯更换为荧光灯,可以节能75%。

功率器件的优化设计是一个挑战

高能效产品的应用带来可观的收益,但是越是节能的系统,系统构成越复杂。在功率转换(Power Conversion)和电机驱动(Motion Control)应用中,各种先进的拓扑电路和控制方式在不断发展以适应节能高效的趋势。然而这其中,功率器件的优化设计是一个挑战,包括相应的参数确定、热设计、PCB设计、EMI、EMC优化都是需要仔细考虑。由于能效是配合能源效率法规的一项重要考虑,所以每一个功率器件的效率愈高,设计的总体效率才可能越高。对于系统设计工程师而言,这是一个复杂、耗费时间和精力的工作。
 
正是为了解决这个设计难题,飞兆半导体利用自己的技术和设备资源,以及先进的生产工艺流程控制,提出了模块化的解决方案。集成功率模块主要是指将控制IC、功率器件(开关管及FRD)和监控保护电路等集成在一起的模块。

集成功率模块可简化设计

模块化、集成化的解决方案可以大大简化系统设计工程师的设计工作。飞兆半导体的模块设计人员包括仔细研究客户应用并提出专用设计方案的系统专家。这意味着系统工程师的某些研究工作可交由模块设计人员处理,从而提高系统设计工程师设计的效率,并缩短上市时间。而重要的是,半导体供应商可以同时利用其资源和先进的硅片和封装技术,提供更好的性能、可靠性和可生产性。

飞兆半导体的集成功率模块方案包括SPM系列和FPS系列。飞兆半导体中国及东南亚地区销售及市场推广部副总裁陈坤和介绍说:飞兆半导体的高集成度电机驱动解决方案 (SPM®产品系列),包括motion-SPM、PFC-SPM、PDP-SPM和Power-SPM产品。SPM®产品系列是用于驱动空调、洗衣机、真空吸尘器和许多其它商用和工业应用中的高效变频电机的理想解决方案。相比机械电机,这些变频电机能够节省最多40% 的能量。在开关模式电源(SMPS) 方面,飞兆半导体拥有高度集成的FPS™模块化功率开关解决方案,有助于提高用户系统的性能和产能,并缩短上市时间。

集成功率模块与分立功率器件的比较

集成功率模块与分立功率器件相比,首先是可以大幅减少器件数量,节省电路板空间及简化系统设计。更重要的是,每种功率模块都是针对具体应用设计的,因此它包含了系统设计的智慧,或者说模块的设计者首先要研究系统应用。具体的,功率模块在热设计、功率密度、EMI等方面有明显的优势。有些工程师会简单地比较功率模块和分立器件的价格,而忽视了以上差异。其实模块为了达成以上进步,在封装设计和材料上都有别于已经量产多年的分立器件,这造成了成本上的些许差异。

集成功率模块对于提高产品可生产性、降低市场失效率和缩短新产品上市时间的贡献都是产品开发中应当考虑的成本因素。其中任何一个对项目的影响都可能大过功率模块与分立器件的价差。
 
陈坤和举例说,直流变频空调采用智能功率模块(SPM)后,inverter板的设计极为简洁,性能得到优化。生产一致性大幅提高,市场失效减少。可以说,是功率模块使得变频空调的规模化生产变为可能。

集成功率模块是否会限制用户选择的灵活性?陈坤和介绍说,功率模块的设计上也预留了一些参数是可以外部设置的,以提高适用性。工程师对功率模块的出现是非常欢迎的,它大大简化了设计,提高了系统性能并改善了可生产性。功率模块的设计不是闭门造车,不同的产品系列和具体的型号有其针对性的应用对象。因此系统工程师要了解自己的系统需求,以及不同模块的具体特性,做出适当的选择。[page]

高效节能是未来电子设计的重点

在过去几年中,高效的功率管理是半导体市场实现大幅增长的领域,加上人们仍在寻找各种降低总体成本的方法,提高电子设备的能效是技术发展的主要推动力。半导体供应商需要通过IC 设计、拓扑和先进的封装技术,提供创新解决方案,以应对现今的功效挑战。能够提高效率水平、减少电能需求或延长电池寿命的解决方案,都会成为未来的重点项目。

陈坤和介绍说,我们认为能够从高能效中获益最多的几种关键应用包括:电机、照明和电源。上述所有应用的电子成份正在渐渐增加,这正为半导体供应商带来了提供实现更高效率水平的功率解决方案的机会。

电机正在从单相交流电机转向可变速电机,这可实现40% 的节能。飞兆半导体是为电机应用提供高性能分立和高集成度模块解决方案的领先供应商。

LED 的应用正在迅速普及,不仅用于移动电话和其它便携式应用,还用于街道、住宅、办公室、电视机、汽车和标志的照明。我们预计随着LED的成本持续下降,今后两至三年内将会形成一个重要的市场。由于LED能够改善液晶电视的能效,并使产品变得更薄,故带动了高清液晶电视背光照明的LED市场,而用于交通灯的LED也有同样出现市场增长。

从手机充电器到机顶盒,再到工业控制,所有装置中都有电源,而它们都具有很大的节能潜力。飞兆半导体的产品能够促进电源设计满足下一代能源之星(ENERGY STAR®) 和其它节能标准,同时降低待机功率,减小尺寸和成本。

飞兆半导体继续系统能效提升

为了保持竞争力,组件制造商必须专注实施明确而可行的战略。飞兆半导体是全球领先的高能效功率模拟、功率分立和光电解决方案厂商,致力在电能日益紧缺的世界中减少能源浪费并改善效率。飞兆半导体的核心竞争力在于开发先进的封装技术和专有技术,以满足高能效器件日益增长的需求。飞兆半导体拥有设计和制造功率半导体器件的专有技术,这些器件能够在电源、便携应用、照明、电机、计算、消费和汽车等应用中降低功耗,并提供更佳的功率管理。飞兆半导体的战略是继续关注绿色能源,以提升系统能效。

飞兆半导体在全世界构建了一个设计中心网络,在德国、北美和南美以及亚洲都建立了设施。随着中国逐渐成为新产品开发的全球性基地,飞兆半导体在大中国区的三个全球功率资源中心 (Global Power ResourceSM Center, GPRC) 可让客户与系统设计专家建立直接的联系,以推动创新的高能效设计。

飞兆半导体的每个全球功率资源中心都专注在开发与本地客户最密切相关的应用,例如,深圳的功率资源中心重点在消费电子、显示设备、PC电源、照明和充电器等应用方面;上海的功率资源中心以照明、工业类应用和消费电子为主;而台北的功率资源中心则专注于PC电源、适配器、消费类电子产品、计算机和便携应用功率设计。

飞兆半导体的中国市场战略

中国已经处于推动能效和标签标准的前沿,而中国乃至世界各地的消费者对“更环保”电器的需求也日益增长。另外,各国政府也在推行各种节能标准和能效等级体系。

中国已经发展成为全球经济的一个重要实体,也是全球增长最快速的电子和半导体市场之一。中国无论在 IC 使用量或是电子产品设计及制造方面,都是全球半导体市场的重要力量,而高能效产品的开发将积极推动中国电子行业,带来进一步的增长。从2002年到2030年,全球总能源消耗预计将增加57%,而中国是仅次于美国的第二大能源消耗国;直到2020年,中国能耗预计每年将以5%的速度增长。所以结合先进的技术和密切的客户合作关系,是在中国建立创新市场所必不可少的。

中国已经建立了卓越的制造和供应链基础设施,加上中产阶级的冒起,为手机、计算和消费电子等高能效应用建立了有利环境。飞兆半导体的中国市场战略是继续配合节能标准和能效等级体系规范,同时满足客户对产品性能、系统成本以及上市时间等要求。
 

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