技术干货｜高电压技术是构建更可持续未来的关键

来源:德州仪器发布时间:2023-03-062642浏览

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随着电气化的普及，半导体创新使我们能够与电动汽车、可再生能源和其他高压系统安全可靠地进行交互。

随着世界各地的电力消耗持续增长，高电压技术领域的创新让设计工程师能够开发出更高效的解决方案，使电气化和可再生能源技术更易于使用。

“随着人均用电量的持续增长，可持续能源变得越来越重要，”TI 副总裁及高电压产品部总经理 Kannan Soundarapandian 表示。“以负责的方式管理能源使用非常重要。我们不能浪费任何一毫焦的能量。这就是为什么高电压技术的创新是实现能源可持续的关键。”

随着电力需求的增加（在 2 秒内将电动汽车 (EV) 从 0mph 加速到 60mph 需要大量的电池电量），电压也必须增加，以便尽可能减少热量损失。将电力从电池传输到电动汽车的牵引逆变器通常需要更高的电压来提高效率，其他众多高压系统也是如此。

虽然设计这些系统可能成本高昂且困难重重，但与通过传输线、电缆和电线将电力传入不同类型负载的低压系统相比，高压系统是一种更高效的储存和分配电力的方式。

让我们来参考一个简单的示例：二十年前，白炽灯泡是家庭照明的标准。这类灯泡经常烧坏，而且当我们触摸灯泡表面时，它产生的热量常常会灼伤我们的手指。

“这些灯泡效率低下，”TI 副总裁及接口产品总经理 Roland Sperlich 表示。“它们的能量以热能的形式流失。如今，LED 灯泡的寿命更长，当你触摸这类灯泡时，会发现它的表面是凉的。这意味着它们更安全、更高效。”

为什么会有这样的改变？因为功率密度大幅提高，可在更小的体积中提供更高的电力输送能力。半导体技术的创新使工程师能够通过使用氮化镓 (GaN) 等先进材料，以更少的电力完成更多工作，从而减小电感器的尺寸，同时提高器件的效率和可靠性。如今，除灯泡之外，半导体也可以节约能源，并简化各种高电压应用的设计，范围涵盖电动汽车、光伏阵列、交流/直流电源适配器和电信系统，不一而足。

高电压技术

随着电气化变得更加普遍和通用，世界各地有越来越多的人每天都在与高压系统打交道。例如，使用 400V 或 800V 电池包运行的电动汽车采用高电压设计来缩短充电时间，延长行驶里程，从而消除使用时的障碍。

“高压系统为我们的电动汽车、可再生能源、电器、交流/直流电源适配器和其他不计其数的应用提供了更高的能源效率，”Roland 表示。“地球上的人口越来越多，而资源的总量是固定的，我们必须更高效地共享和使用资源。因此，寻找创新的方法来提高效率非常有必要。”

TI 的持续创新使安全、高效、可靠的解决方案能够用于高压系统的所有功能领域：

氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 等宽带隙材料能够实现高效的功率转换，减少功率损耗，提高高压系统的效率。例如，我们的隔离式栅极驱动器与碳化硅开关在电动汽车车载充电器和牵引逆变器中配合使用，可提高效率，减轻驱动系统的重量，减小尺寸，并减少能源浪费。
用于高压系统的传感和监测技术可帮助工程师准确测量电压，从而提高安全性和可靠性。这使设计人员能够通过减少设计利润来降低成本，并充分发挥电源开关的功效。
隔离电路以电气方式分隔两个域，同时允许电源或信号在不影响人体安全的情况下通过屏障传输，使电路免受接地电位差的影响，并提高抗噪能力。我们的磁性和电容隔离技术通过坚固的隔离屏障实现安全的高压系统。
低延迟的实时控制技术能够可靠地控制使用 GaN 或 IGBT 开关的复杂电源拓扑，提高高压系统的稳健性和功率密度。

“高压系统的设计面临着诸多挑战，”Roland 表示。“TI 具有得天独厚的优势，可以应对这些挑战。因为我们有自己的创新设计，这些设计可以进行无缝衔接。我们还有制造、测试、组装以及封装能力，使我们的客户能够创造出安全、可靠且经济实惠的产品。”

如需获取更多在线技术支持，请访问 TI E2E™ 中文支持论坛 (e2echina.ti.com)。