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    技術文獻 / jishuwenxian
    電子冷卻的發展趨勢和未來展望
     
    藏戈
     

    在未來四年內,各行業將繼續面臨能源管理相關的重大挑戰,如怎樣減少傳輸損耗和儲存更多能源等。全球人口消耗各種能源總量約為17萬億瓦,其中能源消耗最多的為美國等發達國家。尋求更有效地提供大量電力能源的方案是當前需要解決的主要問題,而其中一個有效解決方案就是電力電子技術的突破。讓我們看看將在未來四年產生巨大的影響的三大電源管理主要發展創新趨勢。


    大趨勢一:功率密度提升


    功率密度是指在單位體積、面積或質量中流過的能量。設計工程師努力以更有效和更小外形尺寸提供更多的輸出功率。服務器電源和電動汽車的電池等產品由于體積限制和使用環境需求,尤其需要有著更高的功率密度。因此,每年我們都毫不意外地可以看到許多提高功率密度的新技術和方法出現。TI正在尋找一個應對電力和能源問題的更全面的解決方法。通過專注于總體功率鏈,而不僅僅是其中某一部分,我們提出了有效的創新方案來解決傳統問題。例如,如何采取離線電源和變換器,使之適合服務器應用領域?蛻魧傮w能源成本(功率系統和冷卻系統)以及如何快速得到投資回報很重視,他們非常愿意評估和嘗試不同的技術和方法,以找到可以從根本上幫助他們降低成本、提高效率的新方案。


    包括TI在內的廠商正在轉向硅基GaN等新材料,這些新材料能在高達700V的輸入電壓時實現更高的開關頻率和更高的效率。除了開發HEMT(高電子遷移率晶體管)器件,TI還開發了幾款適用于GaN FET的獨特柵極驅動器,并推出了技術領先的同時封裝了柵極驅動器和GaN FET的多芯片模塊(MCM)。


    大趨勢二:能源效率提高


    在未來的四年里,我們也將看到更加智能化的電網管理的出現,如將夜間電網低使用率和低成本的電力儲存起來為白天峰值期間的負載提供能量的調峰(peak shaving)技術將變得更加普遍。這使得來自某個家庭或某個建筑物的電能需求低于其白天高峰時段的水平,從而有效緩解高峰期的電能需求。


    可替代能源發電工況在24小時內變化很大,從而使其典型變化方程進一步復雜化。不同于天然氣發電廠,風能發電和太陽能發電往往在一天中有著很大的變化,通過使用調峰等技術可以使其更具成本效益。同時發電廠可以最大限度地利用可替代能源來補充常規天然氣電廠的輸出。具有高成本效益的能量存儲技術結合高效的功率轉換技術十分必要,這種有效組合將在未來司空見慣。如果沒有優化的功率轉換技術,將使能量出入儲能介質的損耗增大,從而使儲能失去意義。


    個人認為,越來越多人將會使用電動汽車及在家庭中使用能源管理系統,從而減少整個家庭對中央電網的能源需求,這將使我們在不增加電力基礎設施的條件下能夠正常使用那些耗電高的設備。消費者將能以較低的成本來正常使用電力(如夜間以較低的價格充電,而在白天高峰需求時放電),他們也將比過去更關注整體能源使用量。


    大趨勢三:大數據的存儲與提供


    大數據時代與數據創建、存儲、檢索和分析緊密聯系在一起,其容量、速度和品種令人驚嘆。全球消費者的Web使用、電子郵件等數據流量總計6,706千兆字節/月。行業分析師預計到2020年,每年將產生多達35澤字節的數據。我們能負擔得起的存儲它需要的電能,并每天正常的將大量數據提供給數以百萬計的用戶嗎?顯然,我們需要尋求全新的電源管理技術,以實現更具成本效益和更高能效的數據存儲。


    消費者希望不斷獲得其所需信息,但其大多數訪問不需要一天24小時都進行。然而,就算這種訪問到位的計算能力得以實現,其成本不會一天一降。由于運營公司不能收取這種維護費,他們也正在尋找保持峰值容量的同時擴大他們的電力使用且保持盈利的全新解決方案,因而我們對數據中心的改造方案對解決這個問題是非常有意義。


    對未來產生更大的影響的冷卻問題


    我們生活在一個令人興奮的時代,電力電子技術的創新提供了更有效的電能傳輸方案,有助于提供和存儲更多電能。我們致力于利用先進的半導體技術和優化的功率拓撲結構來尋求新方案來解決傳統能源管理問題,為大家創造一個更可持續的未來。

    綜上,離不開其附帶而來的而冷卻問題,因為最終的非理想開關和導通狀態,引起的熱損耗帶來溫度的提升,是困擾每位電氣工程師的一個陌生問題。因為溫度下降所需要的而技術和方法是非電領域的大跨度范疇。原來的粗放式冷卻解決方案在這里不起作用了,高強迫風冷、液冷、相變冷卻等新的冷卻方式,讓很多傳統的熱設計人員無所適從。而新的冷卻產品的生產工藝和工藝評價及可靠性評價嚴重滯后于現今的要求。原來憑經驗的設計讓位于精確評估。需要新的冷卻廠商出現或老廠商的轉型來適應新時期的而冷卻要求。


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