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电子冷却的发展趋势和未来展望

在未来四年内,各行业将继续面临能源管理相关的重大挑战,如怎样减少传输损耗和储存更多能源等。全球人口消耗各种能源总量约为17万亿瓦,其中能源消耗最多的为美国等发达国家。寻求更有效地提供大量电力能源的方案是当前需要解决的主要问题,而其中一个有效解决方案就是电力电子技术的突破。让我们看看将在未来四年产生巨大的影响的三大电源管理主要发展创新趋势。

 

大趋势一:功率密度提升

 

功率密度是指在单位体积、面积或质量中流过的能量。设计工程师努力以更有效和更小外形尺寸提供更多的输出功率。服务器电源和电动汽车的电池等产品由于体积限制和使用环境需求,尤其需要有着更高的功率密度。因此,每年我们都毫不意外地可以看到许多提高功率密度的新技术和方法出现。TI正在寻找一个应对电力和能源问题的更全面的解决方法。通过专注于总体功率链,而不仅仅是其中某一部分,我们提出了有效的创新方案来解决传统问题。例如,如何采取离线电源和变换器,使之适合服务器应用领域。客户对总体能源成本(功率系统和冷却系统)以及如何快速得到投资回报很重视,他们非常愿意评估和尝试不同的技术和方法,以找到可以从根本上帮助他们降低成本、提高效率的新方案。

 

包括TI在内的厂商正在转向硅基GaN等新材料,这些新材料能在高达700V的输入电压时实现更高的开关频率和更高的效率。除了开发HEMT(高电子迁移率晶体管)器件,TI还开发了几款适用于GaN FET的独特栅极驱动器,并推出了技术领先的同时封装了栅极驱动器和GaN FET的多芯片模块(MCM)。

 

大趋势二:能源效率提高

 

在未来的四年里,我们也将看到更加智能化的电网管理的出现,如将夜间电网低使用率和低成本的电力储存起来为白天峰值期间的负载提供能量的调峰(peak shaving)技术将变得更加普遍。这使得来自某个家庭或某个建筑物的电能需求低于其白天高峰时段的水平,从而有效缓解高峰期的电能需求。

 

可替代能源发电工况在24小时内变化很大,从而使其典型变化方程进一步复杂化。不同于天然气发电厂,风能发电和太阳能发电往往在一天中有着很大的变化,通过使用调峰等技术可以使其更具成本效益。同时发电厂可以最大限度地利用可替代能源来补充常规天然气电厂的输出。具有高成本效益的能量存储技术结合高效的功率转换技术十分必要,这种有效组合将在未来司空见惯。如果没有优化的功率转换技术,将使能量出入储能介质的损耗增大,从而使储能失去意义。

 

个人认为,越来越多人将会使用电动汽车及在家庭中使用能源管理系统,从而减少整个家庭对中央电网的能源需求,这将使我们在不增加电力基础设施的条件下能够正常使用那些耗电高的设备。消费者将能以较低的成本来正常使用电力(如夜间以较低的价格充电,而在白天高峰需求时放电),他们也将比过去更关注整体能源使用量。

 

大趋势三:大数据的存储与提供

 

大数据时代与数据创建、存储、检索和分析紧密联系在一起,其容量、速度和品种令人惊叹。全球消费者的Web使用、电子邮件等数据流量总计6,706千兆字节/月。行业分析师预计到2020年,每年将产生多达35泽字节的数据。我们能负担得起的存储它需要的电能,并每天正常的将大量数据提供给数以百万计的用户吗?显然,我们需要寻求全新的电源管理技术,以实现更具成本效益和更高能效的数据存储。

 

消费者希望不断获得其所需信息,但其大多数访问不需要一天24小时都进行。然而,就算这种访问到位的计算能力得以实现,其成本不会一天一降。由于运营公司不能收取这种维护费,他们也正在寻找保持峰值容量的同时扩大他们的电力使用且保持盈利的全新解决方案,因而我们对数据中心的改造方案对解决这个问题是非常有意义。

 

对未来产生更大的影响的冷却问题

 

我们生活在一个令人兴奋的时代,电力电子技术的创新提供了更有效的电能传输方案,有助于提供和存储更多电能。我们致力于利用先进的半导体技术和优化的功率拓扑结构来寻求新方案来解决传统能源管理问题,为大家创造一个更可持续的未来。

综上,离不开其附带而来的而冷却问题,因为最终的非理想开关和导通状态,引起的热损耗带来温度的提升,是困扰每位电气工程师的一个陌生问题。因为温度下降所需要的而技术和方法是非电领域的大跨度范畴。原来的粗放式冷却解决方案在这里不起作用了,高强迫风冷、液冷、相变冷却等新的冷却方式,让很多传统的热设计人员无所适从。而新的冷却产品的生产工艺和工艺评价及可靠性评价严重滞后于现今的要求。原来凭经验的设计让位于精确评估。需要新的冷却厂商出现或老厂商的转型来适应新时期的而冷却要求。

2024年6月12日 14:40
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