Was ist eine Power-IC?
Power-ICs ist ein Oberbegriff für integrierte Schaltungen (ICs) mit Leistungshalbleitern, die in Schaltungen mit hohem Stromverbrauch verwendet werden.
Zu den Leistungshalbleitern gehören Leistungstransistoren, Leistungs-MOSFETs und IGBTs. Unter den Halbleitermaterialien werden elektronische Komponenten, die hohe Ströme von mehr als 1 A steuern, als Leistungshalbleiter bezeichnet. Zu den Leistungshalbleitern gehören auch elektronische Bauteile wie Transistoren und Thyristoren.
Anwendungen von Power-ICs
Power-ICs werden häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt.
Power-ICs werden u. a. in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Antriebsmodule für Solarzellen
- Beleuchtungsschaltungen für LED-Beleuchtung
- Steuereinheiten für Elektrofahrzeuge
- Wechselrichtereinheiten für Inverter-Klimaanlagen
Es wird erwartet, dass der Markt für Power-ICs in Zukunft weiter wachsen wird, vor allem aufgrund der enorm steigenden Nachfrage nach Geräten für den Einsatz in Fahrzeugen.
Funktionsweise von Power-ICs
Power-ICs steuern die Spannung, um Motoren anzutreiben und Akkus zu laden. Sie sind die zentralen Halbleiter, die die Stromversorgung und die Leistung steuern, und sind für die AC/DC-Umwandlung und die Erhöhung der Spannung von Gleichstromversorgungen vorgesehen.
Grundsätzlich werden die gleichrichtende Wirkung von Halbleiterelementen und die Eigenschaften von Kondensatoren in vielen Fällen genutzt. Stromversorgungen werden durch den Einsatz von Halbleiterelementen zum schnellen Schalten der Stromversorgung und durch Verstärkung und Glättung mit Kondensatoren gesteuert.
Weitere Informationen zu Power-ICs
1. Von Power-ICs gesteuerte Halbleiter
Zu den in Power-ICs eingebauten Halbleitern gehören die folgenden Elemente:
Dioden
- Allgemeine Gleichrichterdioden
- Dioden mit schneller Erholung
- Schottky-Barriere-Dioden
- Zener-Dioden
Transistoren
- Bipolare Transistoren
- MOSFETs
- IGBTs
Neuerdings wird auch Siliziumkarbid (SiC) verwendet, das eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist und sich hervorragend für schnelle Schaltvorgänge eignet. Es gibt auch intelligente Leistungsmodule (IPMs), die Transistoren, Hochspannungstreiber und andere ICs in einem einzigen Gehäuse vereinen.
2. Zukunftsaussichten des Power-ICs-Marktes
Am 20. Juli 2020 veröffentlichte das Yano Research Institute Ltd seine globale Marktprognose für Leistungshalbleiter. Auf der Grundlage von Interviews mit Halbleiterherstellern und anderen Unternehmen sowie einer zwischen Januar und Juni 2020 durchgeführten Literaturrecherche prognostiziert das Unternehmen, dass der Markt bis 2025 auf 24,351 Mrd. USD anwachsen wird.
Die Nachfrage nach Leistungshalbleitern wird in vier Bereiche unterteilt: Information und Kommunikation, Verbraucher, Industrie und Automobil. Insbesondere im Informationssektor wird erwartet, dass die Investitionen in Infrastrukturausrüstungen wie 5G-Basisstationen zunehmen werden.
Darüber hinaus haben Leistungshalbleiter einen Kostennachteil gegenüber herkömmlichen Halbleitern. Im Automobilsektor, in dem ein harter Kostenwettbewerb herrscht, wurden sie bisher nur in begrenzten Bereichen eingesetzt. In den letzten Jahren wurden Power-ICs in Wechselrichtern für Motorantriebe in einigen Elektrofahrzeugen eingesetzt. Infolgedessen hat sich die Größe des Automobilsektors im Jahr 2019 im Vergleich zu 2018 fast verdoppelt.
Auch im Verbraucher- und Industriesektor hat sich der Markt von dem Abschwung nach der Corona-Katastrophe erholt und wird 2022 wieder die gleiche Größe wie zuvor erreichen. Außerdem wird erwartet, dass er bis 2023 wieder wächst.
3. SiC als Material für Power-ICs
SiC (Siliziumkarbid) ist ein Verbindungshalbleiter, der aus Silizium und Kohlenstoff besteht.
Es hat eine dielektrische Durchbruchfeldstärke, die etwa 10-mal größer ist als die von Si, und eine Bandlücke, die etwa dreimal größer ist als die von Si, und es wird erwartet, dass es ein Leistungshalbleitermaterial der nächsten Generation wird. Das bedeutet, dass die Halbleiterschicht bei gleicher Stehspannung 10-mal dünner sein kann als Si. Dünnere Schichten verringern den Widerstand und ermöglichen einen Betrieb mit geringerer Leistungsaufnahme.
Mit anderen Worten: Durch die Verwendung von SiC als Power-IC-Material ist es möglich, ICs mit geringerem Stromverbrauch und höherer Durchbruchsspannung als in der Vergangenheit herzustellen. Es wird erwartet, dass auch GaN (Galliumnitrid) und Ga2O3 als andere Leistungshalbleitermaterialien verwendet werden.