wersja mobilna
Online: 692 Wtorek, 2016.12.06

Raporty

Podzespoły półprzewodnikowe dużej mocy. Polscy producenci i dystrybutorzy

poniedziałek, 06 czerwca 2011 10:09

Rynek podzespołów półprzewodnikowych dużej mocy zawsze był i będzie rynkiem perspektywicznym dla dostawców komponentów elektronicznych. Większość innowacji i nowych technologii w gospodarce bazuje obecnie na urządzeniach elektronicznych, a działanie całej infrastruktury, przemysłu i transportu zależne jest od energii elektrycznej. W ten sposób energetyka stała się branżą silnie powiązaną z nowymi inwestycjami, modernizacjami starej infrastruktury i ogólnym rozwojem kraju. Elektronizacja obejmuje wszystkie elementy urządzeń, w tym także komponenty wykonawcze, przełączniki, układy przekształtników energii, systemy zasilania i rozszerza się na szereg innych miejsc kiedyś niedostępnych dla półprzewodników z przyczyn technicznych lub ekonomicznych.

Spis treści » Nawe materiały i rozwój technologii
» Energia odnawialna
» Napędy silników
» Regulacja fazowa kontra PWM
» Moduły są użyteczne
» MOSFET czy IGBT?
» Przełączniki inteligentne dla wygody konstruktorów
» Alibaba na problemy z alokacją?
» Struktura rynku i główne branże
» Obroty i koniunktura
» Dostawcy - przegląd firm
» Zestawienie tabelaryczne
» Pokaż wszystko

Rynek podzespołów dużej mocy rozwija się w takt dużych inwestycji przemysłu energetycznego, transportu kolejowego, w rytm kolejnych modernizacji fabryk, czyli innymi słowy wraz z dużymi projektami, realizowanymi nierzadko jako wieloletnie plany finansowane z funduszy strukturalnych. Dostawcą dla przemysłu, automatyki i energetyki jest lub chce być wiele krajowych firm handlowych.

Konkurencja jest duża, ale niestety tempo rozwoju nie do końca daje się określić jako szybkie. W warunkach krajowych środki, jakie można przeznaczyć na inwestycje w nowoczesność, nie są jeszcze tak duże jak jest to w innych rozwiniętych krajach. Z jednej strony wszyscy zgadzają się, że w kolejnych latach przemysł energetyczny i kolejowy czeka wiele inwestycji, z drugiej widać, że stale oddala się to w czasie.

Nowe materiały i rozwój technologii

Rys. 1. Trendy technologiczne w podzespołach mocy i ich znaczenie w kształtowaniu nowych rozwiązań

Rozwój podzespołów półprzewodnikowych dużej mocy odbywa się na skutek zjawisk o uniwersalnym charakterze, takich jak rosnąca sprawność, większa obciążalność i funkcjonalność komponentów. Trendy te stanowią naturalny kierunek rozwoju dla całej elektroniki, chociaż wiadomo, że w poszczególnych sektorach rynku znaczenie każdego z takich czynników prorozwojowych jest inne.

O tym, które zjawiska najsilniej rozwijają energoelektronikę, można dowiedzieć się z danych pokazanych na rysunku 1, ilustrującym wyniki przeprowadzonej przez redakcję ankiety wśród specjalistów z tej dziedziny. Za najważniejsze kryterium uznana została rosnąca sprawność podzespołów dużej mocy, pozwalająca zmniejszyć liczbę elementów wykonawczych i tym samym ograniczyć zajmowane miejsce w obudowie urządzenia.

Mniejsza liczba elementów to także oszczędność pieniędzy, prostsze sterowanie i serwisowanie. Wysoka sprawność to z kolei mniejsze koszty chłodzenia, zasilania, ale także większy potencjał modernizacyjny. Wiadomo, że starsze rozwiązania falowników, zasilaczy, przełączników mogą nierzadko pracować przez długie lata i charakteryzują się dużą niezawodnością.

W takiej sytuacji zmianę produktu na nowy mogą zapewnić tylko znacząco lepsze parametry, na przykład sprawności, które są w stanie przekonać firmy do opłacalności inwestycji. W podanym na rysunku 1 zestawieniu znaczenie prorozwojowe nowych materiałów półprzewodnikowych, a więc głównie węglika krzemu, wypadło najsłabiej, co niestety pośrednio wykazuje, jak wielki wpływ na rozwój energoelektroniki mają ceny.

SiC był reklamowany przez wiele lat jako następca krzemu w elektronice mocy, pozwalający na osiągnięcie wyższych napięć pracy, na rozszerzenie zakresu temperaturowego i poprawę sprawności. Dostępne dzisiaj na rynku diody, tyrystory, IGBT z węglika krzemu zapewniają średnio o 20-30% większą sprawność. Ich producentem są firmy takie jak Mitsubishi, IXYS, Cree, Sensitron, także Infineon.

Są też producenci, którzy specjalizują się wyłącznie w wytwarzaniu podzespołów mocy z SiC, na przykład Genesic. Ich większe napięcie pracy, które sięga nawet 6kV, daje możliwość bezpośredniego zasilania linii trakcyjnych na kolei. Jest to z pewnością cenna właściwość, ale ceny tranzystorów nadal odstraszają.

Energia odnawialna

Rys. 2. Struktura rynku półprzewodników dużej mocy w podziale na typy produktów. Podstawę ofert handlowych stanowią tyrystory i tranzystory IGBT, które tworzą blisko połowę rynku

Energia elektryczna jest coraz droższa, co sprzyja inwestycjom w technologie energooszczędne. Drugim czynnikiem sprzyjającym zainteresowaniu energią wiatrową i słoneczną są ponadto zmiany prawne poprawiające rentowność działania producentów energii odnawialnej, stymulujące rozwój rynku. Przykładem mogą być tutaj zmiany w przepisach nakładające na elektrownie obowiązek wykupienia pozwolenia na emisję CO2, co przekłada się na wzrost zainteresowania technologiami energooszczędnymi, a w szczególności na zainteresowanie energetyką odnawialną.

W przypadku przemysłu i transportu zjawiska te sprowadzają się do zastępowania starych urządzeń i maszyn nowymi wersjami o większej sprawności lub do modernizacji starszego sprzętu w oparciu o najnowsze rozwiązania elektronicznych napędów, przełączników i sterowników. Podobne procesy dzieją się w elektrowniach i zakładach energetycznych, gdzie modernizuje się linie przesyłowe, rozdzielnie i elektrownie.

Koncerny energetyczne stawiają obecnie na rozwój firm wiatrowych, ponieważ w ten sposób unikają problemów z emisją dwutlenku węgla. Dodatkowo korzystają z dotacji unijnych na budowę farm, a potem dzięki certyfikatom za produkcję zielonej energii zarabiają na niej dwa razy więcej niż na produkcji energii z węgla. Uruchamiane w tym roku w Polsce nowe farmy wiatrowe są warte aż 3 mld złotych.

Większość takich inwestycji wykorzystuje złożone systemy konwersji mocy bazujące na złożonych sterownikach i wydajnych stopniach mocy zbudowanych właśnie z półprzewodników. W mniejszej skali, ale w podobny sposób, oddziaływają na rynek instalacje fotowoltaiczne, które zawsze wykorzystują jakiś inwerter dostarczający energię elektryczną o stałych parametrach, co pozwala na dołączenie instalacji do sieci.

Napędy silników

Rys. 3. Najważniejsze branże zaopatrujące się w podzespoły dużej mocy. Energetyka i przemysł to branże, które są strategicznym klientem dla tego sektora rynku

Silny impuls rozwojowy dla półprzewodników mocy tworzą także napędy silników. Od kilku lat w maszynach przemysłowych, na kolei, w sprzęcie AGD, systemach klimatyzacji, w motoryzacji i podobnych obszarach wykorzystuje się elektroniczne sterowniki umożliwiające płynną regulację obrotów, zmianę kierunku wirowania i zapewniające miękki rozruch.

Oprócz dużej funkcjonalności od strony działania silnika komponenty te umożliwiają osiągnięcie wysokiej sprawności napędów, która jest wymagana obecnie przez przepisy. Urządzenia te współpracują z silnikami indukcyjnymi asynchronicznymi i synchronicznymi, bazującymi na wirującym polu magnetycznym, a więc tymi, które są powszechnie stosowane w maszynach i urządzeniach przemysłowych, dla których do niedawna nie było dobrych pod względem sprawności pracy i skuteczności działania regulatorów obrotów.

Małe silniki o mocy kilkunastu lub kilkudziesięciu watów można było regulować poprzez zmianę wielkości napięcia zasilającego, co zmieniało tzw. poślizg wirnika w stosunku do wirującego pola magnetycznego. Duże jednostki musiały mieć w tym celu przełączane uzwojenia, co było niewygodne i ograniczało liczbę biegów silnika do co najwyżej kilku.

Obie te metody obarczone są poważnymi wadami, dlatego rynek napędów, które w sposób elektroniczny kształtują moc i szybkość wirowania pola magnetycznego w stojanie silnika, rozwija się dzisiaj bardzo dynamicznie i tym samym tworzy jeden z ważniejszych strumieni popytu na półprzewodniki dużej mocy.