在這一集中，我們的嘉賓是?漢高粘合劑技術業(yè)務部電力和工業(yè)自動化市場戰(zhàn)略總監(jiān)賈斯汀·科爾貝 (Justin Kolbe)。他是一名受過培訓的化學工程師，在熱管理解決方案和電子材料開發(fā)和加工方面擁有豐富的經驗。我們與他討論了不同市場的功率轉換及其熱管理的不同方面。揚聲器

毛里齊奧·迪·保羅·埃米利奧，賈斯汀·科爾貝

開始

歡迎來到 Powerup，這是一個由 Maurizio Di Paolo Emilio 主持的播客節(jié)目，它為電力電子新聞網站上的一些關于電力電子技術和產品的故事帶來了生命，并通過其他 Aspencore 媒體出版物。在這個節(jié)目中，您將聽到工程師和高管討論電力電子在汽車、工業(yè)和消費等市場中的新聞、挑戰(zhàn)和機遇。這是您的主持人，電力電子新聞網站和 eeweb.com 的主編 Maurizio Di Paolo Emilio。

毛里齊奧·迪·保羅·埃米利奧?31:31

大家好，歡迎來到 Powerup 的這一新劇集。在本播客中，我們將討論電源轉換及其熱管理。與賈斯汀科爾貝。賈斯汀是漢高粘合劑技術業(yè)務部電力和工業(yè)自動化市場戰(zhàn)略總監(jiān)。他在熱管理解決方案和電子材料開發(fā)和加工方面擁有豐富的經驗。漢高是全球粘合劑、密封劑和功能性涂料的解決方案供應商。漢高材料通過高性能配方為電力和工業(yè)自動化市場創(chuàng)造價值，這些配方通過有效的熱管理、可靠的電氣功能和長期可持續(xù)性確保穩(wěn)定運行。從電動汽車和工業(yè)模型到將太陽能電池板和風力渦輪機連接到電網的電源適配器和逆變器，電力電子產品無處不在。功率轉換設備使用功率半導體來改變和控制電能的流動。通常，功率轉換將功率從一種形式轉換為另一種形式。大多數可再生能源應用至少使用一種形式的電源轉換，例如直流交流逆變器。任何功率轉換方案的核心都是快速開關功率半導體器件，以最有效的方式實現轉換。隨著連接設備的數量每天都在增加，更高效的電源轉換可以在一定程度上降低為這些數十億設備供電的總體財務成本。提高整體效率以降低環(huán)境成本非常重要。必須限制損耗，這反過來又會限制系統的效率，通常會導致強烈的散熱。熱管理支持與電子設備和電路中產生的熱量的產生控制和消散相關的所有技術解決方案，例如，在極端溫度和冷熱交替條件下的汽車行業(yè)。這方面對于確保高水平的可靠性和安全性至關重要。此外，隨著電動汽車和能量存儲的出現，可用于多種應用。但賈斯汀和我們在一起。所以讓我介紹他，然后我們可以繼續(xù)討論主題。嗨，賈斯汀，很高興認識你，歡迎收看這個播客。非常感謝您來到這里。感謝您有機會參與這一新劇集。今天我想和大家討論的話題是電源轉換及其熱管理。不過在詳談之前，我想先問問你能不能介紹一下你自己和你的公司，當然……

賈斯汀科爾貝 28:30

你好，毛里齊奧。我是漢高電源轉換和工業(yè)自動化市場戰(zhàn)略總監(jiān) Justin Kolbe，感謝您邀請我今天與您交談。這是討論功率轉換的一些趨勢并真正展示我們在漢高嘗試解決的一些主題的絕佳機會，我們開發(fā)新材料以真正幫助這個市場向前發(fā)展。

毛里齊奧·迪·保羅·埃米利奧?28:04

好的，那么，讓我們開始吧！保護自然資源、減少排放和提高能源效率的需求已成為一個主要話題，一個主要關注點和電力轉換，如您所知，使能源行業(yè)等專業(yè)部門以及所有與控制技術等服務相關的部門成為可能。那么，當今電源轉換面臨哪些挑戰(zhàn)？從權力的角度來看，世界現在想要什么，我們可以證明的最關鍵的市場是什么？我知道高功率半導體是我們可以用來控制可再生能源（例如風力渦輪機和光伏電池）的主要組件。最高效的半導體為減少 CO2 或二氧化碳排放做出了重要貢獻。你怎么認為？

賈斯汀科爾貝26:44

是的，毛里齊奧，我同意。電源轉換確實是一個專門服務于多個關鍵市場的專業(yè)功能，并真正直接有助于這些市場的可持續(xù)性。所以我們看到從醫(yī)療到能源發(fā)電、替代能源領域到一般工業(yè)的一切，實際上，在所有市場中，功率轉換都是關鍵。因為有許多關鍵市場，所以確實存在許多具體挑戰(zhàn)，但我覺得它們真的可以被提煉成幾個關鍵趨勢。現在，重要的是，顯然，更高的效率，高可靠性是其中的一個重要部分，我們也看到了更多的功能。因此，您知道，電源轉換部件必須能夠做得更多。最后是可持續(xù)性，每個人都在努力實現更環(huán)保的足跡，因為能夠事半功倍。所有這些都真正推動了電力轉換的發(fā)展。關鍵是真正做到這一切，同時將對最終客戶解決方案的總擁有成本的影響降到最低?？蛻魧λ羞@些領域的期望都在上升，但最終，除非您可能購買 iPhone，否則總成本不會繼續(xù)以同樣的速度上升。因此，展望未來，增加功率密度是這些趨勢的自然組成部分。真的，我想不出有誰想讓他們的電子產品更大。同樣，在一個數據中心或一個行業(yè)，制造的占地面積成本，數據中心的占地面積成本很高。他們不想將這筆資金花在電源轉換上。所以，當我們考慮必須解決的所有這些不同方面時，你知道，功率轉換實際上是一種受約束的優(yōu)化。人們正在為其特定應用尋找理想的解決方案。這確實是我們的客戶面臨的挑戰(zhàn)。如果我們考慮效率，很明顯，我們看到隨著世界人口的增加，對電力工作的需求也在相應增加。因此，我們可以通過多種方式滿足這種需求。一是增加發(fā)電廠的數量，無論是發(fā)電廠、替代能源、核能，所有這些我們都可以通過不同的方式增加產量。但我認為，另一個關鍵解決方案可能對未來的世界更重要，是提高使用電源和電源轉換的設備的效率。然后確保我們以最有效的方式向最終消費者分配和傳輸電力。因此，這正是功率轉換變得重要的地方，在提高效率方面，您可以獲得與以更低的環(huán)境成本建造新發(fā)電廠相同的效果。

其中很大一部分是企業(yè)公民。許多大公司看到了這一關鍵舉措，并正在朝著這個方向努力。我們看到的另一件事是越來越關注運營費用和總擁有成本，而不是初始資本成本。顯然，這是一種可以實現更高效運營的多年回報的方式。最后，你知道，政府立法越來越關注。因此，政府正在通過大量補貼和其他方式推動更高效的電力轉換、更高效的運營。這里的一些例子：提高效率的電機，還增加了驅動器，這可以提高系統效率。工業(yè)電機可占全球電力消耗的 35% 至 40%。所以這是一個很容易提高效率的地方。數據中心的電力消耗也可能占全球電力需求的 1% 到 2%。但數據中心是一個有趣的案例研究。因此，今天數據中心的用電量與十年前的 2011 年大致相同。 盡管計算機數量增加了 6 倍，全球 IP 流量增加了 10 倍，并且數據中心存儲容量。因此，對我而言，這種保持消耗穩(wěn)定的能力是由于這些提高的效率，以及我們的客戶正在通過創(chuàng)新（例如更好的冷卻）以及軟件改進來幫助我們使用更有效的解決方案所做的工作這種力量更有效，但這些增長趨勢將繼續(xù)下去，因此提高效率必須成為該解決方案的一部分。

毛里齊奧·迪·保羅·埃米利奧?21:17

好的。所以，繼續(xù)，在這種情況下，開發(fā)新的清潔能源，可再生能源對于可持續(xù)社會至關重要，為了支持可再生能源經濟，能源儲存可以在后期捕獲和使用能量在其他應用中，實際上是確保碳中和生態(tài)系統的關鍵，許多工廠、許多公司都支持市場基于電池的 UPS 不間斷電源適用于數據中心等幾個關鍵任務應用，如您所提到的。那么UPS面臨的挑戰(zhàn)是什么？但就電池而言，您對化學問題有什么看法？

賈斯汀科爾貝 20:05

是的。不間斷電源和儲能系統是一個關鍵市場，并且正在增長。我們認為它變得越來越重要，因為在全球范圍內，我們希望提高能源網絡的穩(wěn)健性，并從整體上提高能源輸送和使用效率。所以你知道，像微電網或分布式能源采購之類的東西，結合儲能系統可以幫助提高魯棒性，但也可以做一些負載平衡，這樣在能源消耗的非高峰時間，我們就可以創(chuàng)造能源并儲存它用于那些高峰時間，并幫助平衡負載。這對于實現太陽能和風能等替代能源特別有幫助。這方面的一大挑戰(zhàn)是安裝通常位于偏遠地區(qū)，在那里維護或維修既困難又昂貴。為此原因，系統必須在相對惡劣的環(huán)境中非?？煽俊Ｋ鼈儾荒荜P閉，它們被期望連續(xù)運行，當它們確實出現故障時，這對人們來說是一個重大的困難。另一個考慮因素是 UPS 和 ESS 每周 7 天、每天 24 小時提供服務。因此，效率變得非常非常重要。這就是我們將這個市場視為寬帶隙半導體的最初采用者之一的原因之一。寬帶隙目前在硅初始封裝成本的 2 到 5 倍之間。但是，如果它被設計成持續(xù)運行的東西，您可以通過寬帶隙提供的效率提升獲得相對較快的一到兩年的回報。因此，這顯然是該領域的一大優(yōu)勢。我們在 UPS 和儲能系統中看到的另一件事是輸入功率是可變的。UPS 必須能夠快速響應電力和電能質量的變化。人們正在為此尋找更多的模塊化解決方案，當然還有更多的功率因數校正。然后因為可靠性是如此關鍵，你知道，我提到了模塊化，但系統中的冗余很重要，這樣如果一個或一個模塊 UPS 出現故障，該模塊的切換和控制可以由其他泡沫管理ups 在系統中。最后，UPS 處理越來越多的電力，就像其他電子設備一樣，我提到了數據中心空間的成本，因為必須進行所有冷卻。因此，您知道，處理更多功率的更小、更輕的 UPS 絕對是為大數據中心客戶提供真正價值的趨勢。這樣可以節(jié)省空間并專用于核心進程?，F在，最后，你提到了一點關于電池的化學性質，以及它們如何可持續(xù)。

漢高本身并沒有真正為電池本身制造材料，但我們正在努力制造幫助這些電池在深循環(huán)和快速充電中使用壽命更長的材料，我們希望這對電池的使用壽命產生最小的負面影響電池，以便碳足跡，制造電池的負面部分可以在更長的時間內攤銷。我們可以幫助這些電池實現更高的可靠性，在每個能量輸出的基礎上制造這些電池的環(huán)境成本就越小。這就是我們試圖解決問題的真正方式。

毛里齊奧·迪·保羅·埃米利奧?15:48

那很有意思。因此，在電力電子領域，當然，轉換效率一直是討論的關鍵話題。而且，我想我們可以在任何數據表上找到的主要參數之一是功率因數校正或 PFC 是從效率的角度實現新目標的重要元素。如果您同意，請告訴我您對此有何看法？為什么 PFC 對效率如此重要？

賈斯汀科爾貝 15:03

正如您所說，功率因數校正對于下一代效率目標至關重要，尤其是在功率水平不斷提高的情況下。而且，您知道，應用程序目標是更加可變甚至通用的類型輸入。因此，從大局來看，效率是從生產到消費。如果我們以較差的功率因數進行消費，則會給電網帶來過大的壓力和負載。因此，所需的視在功率增加的電流要求可能會導致總體上的顯著電阻損耗，此外，還必須根據所汲取的視在功率而不是實際功率來調整電網大小。而且我們知道，在很多情況下，當電子設備的尺寸不合適時，它們的運行效率就會低下，對嗎？如果您希望電機盡可能高效地運行，則必須根據其將要承受的負載調整其大小。因此，功率因數校正有幫助的一種明確方法是減少電網負載和系統中可能損壞設備的任何諧波。但它還有其他幾個好處。這不僅是好的做法，而且是合法的?？偟膩碚f，我們看到的是功率因數校正級可以非常高效，具有適當的控制架構并以最大限度提高效率的方式構建，可以輕松實現超過 95 點的功率因數，并且效率也高達 90 年代該功率因數級也可以實現。而且，隨著我們增加功率因數，我們的其他電源支持部分，例如 AC DC 電源或逆變器，也會更有效地運行。所以，這是關鍵。

毛里齊奧·迪·保羅·埃米利奧?12:46

好的。有趣的。謝謝，讓我們繼續(xù)討論電動汽車中的效率概念：我們知道半導體在電動汽車的效率方面發(fā)揮著重要作用。當然，我們可以考慮電動汽車，但不僅如此……通過這種方式，逆變器將來自汽車電池的能量轉換為驅動傳動系統本身中的電機。所以，我想知道這個組件的挑戰(zhàn)，只是想想電動汽車的未來，以及保證高效率的挑戰(zhàn)是什么？

賈斯汀科爾貝 11:52

電動汽車確實是一個具有巨大增長潛力的巨大市場。即使汽車行業(yè)現在正面臨困境。你知道，電動汽車仍然是一個真正的增長領域，這太棒了。我認為這真的是變革性的。正因為如此，它充滿了各種新的問題和挑戰(zhàn)。但與此同時，對我來說，這似乎也在降低新汽車公司的進入門檻。我的意思是，在過去的五七年里，出現了更多的新汽車公司，而在之前，你知道，10 到 20 年甚至更長的時間。這也是非常有趣的一點。但在漢高，我們有一個專注于該領域的汽車集團。你提到了逆變器和那里正在進行的一些有趣的工作。但實際上，這不僅僅是逆變器。因此，我們看到的真正大趨勢之一是將所有電子設備集成到逆變器系統中。我們看到，你知道，四加一、三加一種逆變器或車載充電器系統到逆變器，帶有直流的車載充電器、初始直流、直流轉換器和電池管理系統都是同一個電子設備的一部分。部件。所以，這是我們看到的一個大趨勢。這是減少尺寸和重量的一種方法，你知道，這是電動汽車里程焦慮等問題的關鍵。移動性的另一大挑戰(zhàn)是這些非常高功率密度的應用。許多電池組的電壓為 400 伏及以上。所以，像寬帶隙半導體的使用，涉及處理所有功率的冷卻系統，這些都是關鍵部分，而且總線系統的電壓并不是特別高，對？我的意思是，其中一項創(chuàng)新是 48 伏總線，它盡可能地高并保持其本質安全。但這仍然是整個系統中傳輸的大量電流。因此存在需要解決的電阻性損耗。另一個關鍵是電池系統本身，對吧？好吧，電池充電器對于可靠性和安全性至關重要。您知道，在很多方面，它類似于 UPS 或儲能系統。但同時，最大的不同在于，在一塊電池上，他們確實希望以非常高的速率對其進行充電和放電。在備用電池系統中，它可以涓流充電，有很多方法可以做到。但是在電動汽車電池中，消費者想要在 20 分鐘或 5 分鐘內給它充電，如果可以的話，這對電池來說是非常困難的。因此，這些充電操作的冷卻或溫度控制也是一個關鍵挑戰(zhàn)，人們正在使用集成到充電器中的液體冷卻系統或使用汽車冷卻系統（當它不運行而是充電時），以幫助緩解電池的任何損壞。諸如增加直流母線電壓之類的事情，您可以使用比重較低的材料做的任何事情都很大并且可以提高效率。這就是它真正的意義所在，就增加該范圍并確保電動汽車的采用能夠繼續(xù)保持其現有速度而言。然后，你知道，很明顯，我們對工業(yè)領域感興趣的主要部分是電動汽車充電基礎設施。所以，很多同樣的問題，我們有非常高的電壓，高功率的電子設備，人們使用寬帶隙半導體來解決這個問題。然后，你知道，你如何以安全的方式做到這一點？因為再一次，如果我們談論的是非常高的電壓，那么建立這些連接，以便沒有人卷入災難性事件，這一點至關重要。

Maurizio Di Paolo Emilio?07:24

當我們談論電源管理時，當然需要談論熱管理。所以，大功率分立器件熱管理的意義在于，因為所有的電子器件和電路都會產生熱量過剩，因此需要熱管理技術來提高可靠性。并且為了防止對電源中的任何電子系統很重要的過早故障，例如在無線充電中，所以這個元素也很重要，同時考慮到包裝更小，因為我們想要更小的設備，只是想想什么可穿戴設備當然是方式，寬帶隙半導體也是可以幫助我們更好地設計的重要元素。你能告訴我，在熱管理方面，你對挑戰(zhàn)有什么看法？還考慮到新的電源轉換需要更小的封裝。

賈斯汀科爾貝 06:05

熱管理在整個電子領域發(fā)揮著關鍵作用。因此，對于設計電力電子設備的團隊來說，這確實是一個多因素問題，因為它會影響從外形到外形到效率、可靠性到成本的方方面面，這確實是這些系統整體難題的重要組成部分。我們的設計師越能將它的一部分推到設計的前端，我認為他們在真正優(yōu)化系統方面取得的成功就越大。熱問題一直是功率密度問題之一。因此，當您想要在相同或更小的空間內進行更多計算、更多通信時，熱管理變得至關重要。對于寬帶隙半導體，熱量對半導體結的破壞性影響逐漸減弱。但我們看到的一件事是，其余的封裝技術沒有跟上半導體結的步伐，因此使用寬帶隙半導體的分立元件的熱管理仍然非常重要。但是故障模式從結轉移到互連，以及灌封和所有那些進入組件的東西。我們在寬帶隙半導體中看到的關鍵之一是更高的功率和更小的設備。使用寬帶隙半導體我們可能會獲得幾個百分點的效率增益，但從熱的角度來看，這可以通過減少半導體的占用空間來抵消。因此，也許我們在這些類型的應用中看到的是更高價值的熱界面材料）高達每米開爾文 6 或 8 瓦特。但是正在使用的材料數量較少。另一個持續(xù)的趨勢是人們從非隔離通孔元件轉向更隔離的表面貼裝元件，其中散熱器不是電氣路徑的一部分。所以，在那個區(qū)域，你可以得到非常高的功率密度，在很多情況下，你可以從表面貼裝設備的頂部和底部帶走熱量。出于這個原因，我們看到了從作為熱解決方案一部分的固體絕緣系統到液體界面材料的巨大潛在增長。我們看到的另一個關鍵趨勢是為我們的客戶提供最大的價值。我們不想只是一家散熱解決方案供應商。因此，重要的是熱量只是這些材料的一部分。在許多情況下，制作八瓦特開爾文材料很容易，但為了使其易于加工、保質期長、對客戶的總體擁有成本影響較低，這變得更加困難，這是我們真正關注的另一部分想要有多個價值軸，所以在很多情況下，我們希望熱界面材料做其他事情，也許是粘性的，這樣電子組件中的螺絲和夾子可以減少或移除。也許 EMI 屏蔽或其他有價值的資產可以與您將獲得的熱材料一起提供，真正幫助我們的設計師成功應對未來十年的挑戰(zhàn)。它的另一部分是希望具有多個值軸，因此在許多情況下，我們希望熱界面材料做其他事情，可能是粘性的，因此可以減少或移除電子組件中的螺釘和夾子。也許 EMI 屏蔽或其他有價值的資產可以與您將獲得的熱材料一起提供，真正幫助我們的設計師成功應對未來十年的挑戰(zhàn)。它的另一部分是希望具有多個值軸，因此在許多情況下，我們希望熱界面材料做其他事情，可能是粘性的，因此可以減少或移除電子組件中的螺釘和夾子。也許 EMI 屏蔽或其他有價值的資產可以與您將獲得的熱材料一起提供，真正幫助我們的設計師成功應對未來十年的挑戰(zhàn)。

Maurizio Di Paolo Emilio?01:54

非常感謝你，賈斯汀，感謝你參加這個播客。謝謝你的時間。

賈斯汀科爾貝 01:46

非常好。謝謝，我真的很感激這個機會。

Maurizio Di Paolo Emilio?01:40

再次感謝賈斯汀。多虧了漢高，功率轉換確實是一項服務于許多關鍵市場的特殊功能。正如賈斯汀告訴我們的那樣，數據中心是一個有趣的案例研究，數據中心今天使用的電量與十年前的 2011 年大致相同。功率因數校正階段可以非常高效，具有適當的控制架構和建立一種最大化效率的方法。隨著消費者和公司越來越意識到運營成本和浪費能源對環(huán)境的影響，良好的 PFC 是一項關鍵的采購要求。電動汽車仍然是一個真正的增長領域，其中涉及熱管理系統的高功率密度是一個很大的話題。如果你想做更多的競爭、更多的交流、更小的空間，就像賈斯汀告訴我們的那樣，熱管理變得至關重要。顯然，對于寬帶隙半導體，熱量對半導體結的破壞作用逐漸減弱。但正如賈斯汀告訴我們的那樣，我們看到的一件事是，其余的封裝技術沒有跟上半導體結的步伐。另一個持續(xù)的趨勢是人們正在從非隔離通孔組件轉向更隔離的表面貼裝組件，其中散熱器不是電氣焊盤的一部分。謝謝大家。下集見。敬請關注。另一個持續(xù)的趨勢是人們正在從非隔離通孔組件轉向更隔離的表面貼裝組件，其中散熱器不是電氣焊盤的一部分。謝謝大家。下集見。敬請關注。另一個持續(xù)的趨勢是人們正在從非隔離通孔組件轉向更隔離的表面貼裝組件，其中散熱器不是電氣焊盤的一部分。謝謝大家。下集見。敬請關注。

審核編輯 黃昊宇