高電壓技術是構建更可持續(xù)未來的關鍵

隨著世界各地的電力消耗持續(xù)增長，高電壓技術領域的創(chuàng)新讓設計工程師能夠開發(fā)出更高效的解決方案，使電氣化和可再生能源技術更易于使用。

“隨著人均用電量的持續(xù)增長，可持續(xù)能源變得越來越重要，”TI 副總裁及高電壓產品部總經理 Kannan Soundarapandian 表示?！耙载撠煹姆绞焦芾砟茉词褂梅浅Ｖ匾?。我們不能浪費任何一毫焦¹的能量。這就是為什么高電壓技術的創(chuàng)新是實現能源可持續(xù)的關鍵。”

隨著電力需求的增加（在 2 秒內將電動汽車 (EV) 從 0mph加速到 60mph 需要大量的電池電量），電壓也必須增加，以便盡可能減少熱量損失。將電力從電池傳輸到電動汽車的牽引逆變器通常需要更高的電壓來提高效率，其他眾多高壓系統(tǒng)也是如此。

雖然設計這些系統(tǒng)可能成本高昂且困難重重，但與通過傳輸線、電纜和電線將電力傳入不同類型負載的低壓系統(tǒng)相比，高壓系統(tǒng)是一種更高效的儲存和分配電力的方式。

讓我們來參考一個簡單的示例：二十年前，白熾燈泡是家庭照明的標準。這類燈泡經常燒壞，而且當我們觸摸燈泡表面時，它產生的熱量常常會灼傷我們的手指。

“這些燈泡效率低下，”TI 副總裁及接口產品總經理 Roland Sperlich表示。“它們的能量以熱能的形式流失。如今，LED 燈泡的壽命更長，當你觸摸這類燈泡時，會發(fā)現它的表面是涼的。這意味著它們更安全、更高效?！?/span>

為什么會有這樣的改變？因為功率密度大幅提高，可在更小的體積中提供更高的電力輸送能力。半導體技術的創(chuàng)新使工程師能夠通過使用氮化鎵 (GaN) 等先進材料，以更少的電力完成更多工作，從而減小電感器的尺寸，同時提高器件的效率和可靠性。如今，除燈泡之外，半導體也可以節(jié)約能源，并簡化各種高電壓應用的設計，范圍涵蓋電動汽車、光伏陣列、交流/直流電源適配器和電信系統(tǒng)，不一而足。

高電壓技術

隨著電氣化變得更加普遍和通用，世界各地有越來越多的人每天都在與高壓系統(tǒng)打交道。例如，使用 400V 或 800V 電池包運行的電動汽車采用高電壓設計來縮短充電時間，延長行駛里程，從而消除使用時的障礙。

“高壓系統(tǒng)為我們的電動汽車、可再生能源、電器、交流/直流電源適配器和其他不計其數的應用提供了更高的能源效率，”Roland 表示。“地球上的人口越來越多，而資源的總量是固定的，我們必須更高效地共享和使用資源。因此，尋找創(chuàng)新的方法來提高效率非常有必要。”

TI 的持續(xù)創(chuàng)新使安全、高效、可靠的解決方案能夠用于高壓系統(tǒng)的所有功能領域：

• 氮化鎵      (GaN)      和碳化硅 (SiC)      等寬帶隙材料能夠實現高效的功率轉換，減少功率損耗，提高高壓系統(tǒng)的效率。例如，我們的隔離式柵極驅動器與碳化硅開關在電動汽車車載充電器和牽引逆變器中配合使用，可提高效率，減輕驅動系統(tǒng)的重量，減小尺寸，并減少能源浪費。

• 用于高壓系統(tǒng)的傳感和監(jiān)測技術可幫助工程師準確測量電壓，從而提高安全性和可靠性。這使設計人員能夠通過減少設計利潤來降低成本，并充分發(fā)揮電源開關的功效。

• 隔離電路以電氣方式分隔兩個域，同時允許電源或信號在不影響人體安全的情況下通過屏障傳輸，使電路免受接地電位差的影響，并提高抗噪能力。我們的磁性和電容隔離技術通過堅固的隔離屏障實現安全的高壓系統(tǒng)。

• 低延遲的實時控制技術能夠可靠地控制使用      GaN 或      IGBT 開關的復雜電源拓撲，提高高壓系統(tǒng)的穩(wěn)健性和功率密度。

“高壓系統(tǒng)的設計面臨著諸多挑戰(zhàn)，”Roland 表示。“TI 具有得天獨厚的優(yōu)勢，可以應對這些挑戰(zhàn)。因為我們有自己的創(chuàng)新設計，這些設計可以進行無縫銜接。我們還有制造、測試、組裝以及封裝能力，使我們的客戶能夠創(chuàng)造出安全、可靠且經濟實惠的產品。”

¹ 一毫焦是千分之一焦耳。一焦耳是一瓦的功率在一秒內所做的功。