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能否成为实现低碳社会的关键?-备受瞩目的“功率器件” mask

能否成为实现低碳社会的关键?

备受瞩目的“功率器件”

2018.06.27 电子元器件
本文看点
  • 为了实现低碳社会,全世界都在致力于发展节能事业和扩大可再生能源的使用范围。
  • 其中,功率器件成为高效利用电力的关键设备。
  • 从家电到铁路车辆,功率器件的应用范围正在不断扩大。

现在,半导体正广泛应用于我们日常生活中的电器设备上。同时,可以想见,今后作为分立器件之一的功率器件,在汽车和工业机械上的需求量会越来越大。

其原因在于,在全世界范围内,环境保护意识正在不断提高。为了实现低碳社会,降低电量消耗和减少二氧化碳排放量势在必行。但与此同时,我们必须保证生活的质量和便利程度不会随之下降。为了满足这看似难以两全的需求,功率器件将发挥巨大的作用

此次,我们就将探讨这种作为功率器件的半导体的现状和未来。

紧随电动汽车普及热潮 致力于研发车载半导体

“功率器件,主要作用是为了控制电能。它的应用很广泛,例如,电脑电源、冰箱和洗衣机等转动电动机的家电,有轨电车和电动汽车等交通工具,工厂里使用的工业机器上面都会安装功率器件。可以说,伴随当今的节能大潮,这个领域有着巨大的发展潜力”

这段话是东芝电子元件及存储装置株式会社的来岛正一郎先生说的。来岛先生所在的公司长期以来一直发展着半导体的相关业务。在功率器件方面,其公司一直走在世界发展前列,且分布十分广泛,并始终致力于将东芝开发的各种功率电器安装于我们身边的各种产品中。

随着近年来社会对节能需求的增加,东芝位于日本石川县和兵库县的功率器件制造厂的生产量也正在大幅增长。“无论是冰箱还是空调,如果不使用功率器件来控制电能的话,将会造成相当大的能源消耗。通过安装功率器件的逆变器,就能对电力输出进行非常细致的调整,从而提高能源使用效率”在这样的条件下,今后电动汽车的市场前景将会非常广阔。因为对于电动汽车行业的发展来说,功率器件不可或缺。

“以电动汽车为主的环境友好型汽车的数量,今后将会越来越多。对此,东芝将在车载功率器件的开发上投入更多的精力。同时,各大汽车制造商也将不断增加电动汽车的种类,这将进一步促进电动汽车的普及。”

那么,为什么使用功率器件能够节省能源呢?在这里,就请来岛先生简单地为大家讲解一下这一先进的工作机制。

“以家电为例,在打开开关时,电动机开始旋转,关闭开关时,电动机停止旋转,这个原理很简单。但是通过功率器件,可以使电器开关以每秒1kHZ(千赫兹)的频率高速切换,以此达到最佳转速,从而降低能源消耗。虽然也会存在开关电耗的情况,但相较于开机状态,使用功率器件能够达到更好的节能效果。”

电动汽车需要通过蓄电池提供电力,以此转动电动机行驶。除了驱动电动机之外,电动汽车上还安装了各种各样的电子设备。为了能够使所有设备正常运行,我们必须为每个设备转换对其而言最适合的电压和电流。能够担此重任的正是功率器件。

东芝研发的功率器件

东芝研发的功率器件

推动社会的可持续发展——功率器件!

当然,功率器件的应用领域并不仅限于电动汽车。在插座的另一端,整个电网的范围内,功率器件同样可以发挥重要的作用。

一般来说,发电站都设置在远离城市中心的地方。因此,如何能够将电力零消耗地传送到用电地区,是一个世界性的课题。电力消耗越少,就越能提高能源的使用效率,从而降低环境的负荷,进一步实现社会的可持续发展。

东芝研发的功率器件,不仅能够用于光伏发电设备,还能够高效地生产清洁能源。光伏发电设备,不仅能够将直流电转换为供家庭和工厂使用的交流电,还能将因太阳能辐射量的波动而电压不稳的电力传送到电网上。利用功率器件,就可以将通过太阳能得到的有限电力更加高效地输送出去。

位于日本石川县的东芝半导体制造厂的无菌室

位于日本石川县的东芝半导体制造厂的无菌室

功率器件仍在不断发展当中。到目前为止,器件的主要原料是硅。但是,为了能够使器件达到更高的效能,东芝正在开发使用碳化硅和氮化镓等新材料的半导体

随着新材料的应用,在减少电力损失、降低电力消耗等节能方面,半导体将发挥更大的作用。现在,已经有一部分的新材料半导体被应用于电车和新干线等铁路车辆上了。今后,如能在成本和应用方面取得平衡,也许功率器件会逐渐占领主流市场。这样的话,环境负荷将会进一步降低,我们的生活质量也得以提高。东芝现在也正针对新材料半导体进行持续研发。

功率器件能够降低电器产品的能源消耗,进一步实现低碳社会。虽然功率器件很少引起普通消费者的关注,但是随着它为我们的生活进步做出的巨大贡献,在未来它将会为更多的人所熟知。

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