Halbleitertechnik

Entwicklungen bis 2020 im Power- und Energie-Management

| Redakteur: Kristin Rinortner

Datenspeicherung: Wir müssen nach Möglichkeiten Ausschau halten, mithilfe von Power-Management-Techniken für eine kosteneffektivere und energieeffizientere Datenspeicherung zu sorgen.
Datenspeicherung: Wir müssen nach Möglichkeiten Ausschau halten, mithilfe von Power-Management-Techniken für eine kosteneffektivere und energieeffizientere Datenspeicherung zu sorgen. (Bild: © Scanrail/Fotolia.com)

Die Halbleiterbranche wird in den kommenden Jahren weiter mit Herausforderungen beim Energiemanagement konfrontiert, bei denen es gilt, immer mehr Energie bereitzustellen und zu speichern.

Die Weltbevölkerung verbraucht ungefähr 17 Terawatt Leistung aus den unterschiedlichsten Energiequellen. Der höchste Verbrauch ist in entwickelten Ländern wie den USA zu verzeichnen. Das Problem besteht im Finden von Möglichkeiten, diese enormen Energiemengen auf effiziente Weise bereitzustellen. Die Lösung für dieses Problem sind richtungsweisende Entwicklungen auf dem Gebiet der Leistungselektronik.

Hand in Hand mit unseren Technologiepartnern entwickeln wir Energie-Innovationen mit dem Ziel, einige dieser komplexen Herausforderungen durch Fortschritte in der Halbleitertechnologie und bei den Stromversorgungs-Topologien zu bewältigen.

Hochspannungstaugliche Analog- und Mixed-Signal-Halbleiterlösungen werden in den kommenden Jahren für mehr Energieeffizienz sorgen. Durch die einzigartige Kombination von Hochspannungs-Fertigungsprozessen mit Power-Management-ICs, die höhere Spannungen verkraften, werden effiziente Stromversorgungs-Lösungen möglich, die eine Vielzahl von Märkten erschließen können. (Mehr über die Innovationen auf dem Hochspannungs-Sektor erfahren Sie in unserem Whitepaper „Redefining power management through high-voltage innovation”.)

Dave Heacock: Unser Autor ist Senior Vice President von Texas Instruments in Santa Clara/USA
Dave Heacock: Unser Autor ist Senior Vice President von Texas Instruments in Santa Clara/USA (Bild: Texas Instruments)

Lassen Sie uns im Folgenden einen Blick auf drei Trends werfen, bei denen die Entwicklungen im Sektor Power Management in den kommenden Jahren am meisten bewegen wird.

Megatrend Nr. 1: Die Leistungsdichte

Unter der Leistungsdichte versteht man den Energiefluss pro Volumen-, Flächen- oder Masseeinheit. Entwicklungsingenieure sind bestrebt, effizienter und mit weniger Platzbedarf mehr Energie bereitzustellen. In Produkten wie zum Beispiel Server-Stromversorgungen oder Batterien für Elektrofahrzeuge verlangen sie deshalb nach größtmöglicher Leistungsdichte.

Es überrascht folglich auch nicht, dass Jahr für Jahr viele neue Techniken und Konzepte zur Anhebung der Leistungsdichte erscheinen.

Wir sind bei Texas Instruments stets auf der Suche nach einem ganzheitlicheren Konzept für das Leistungs- und Energieproblem. Wir betrachten die gesamte Stromversorgungs-Kette, statt uns nur auf ein bestimmtes Element zu konzentrieren. Daher können wir innovative Ansätze für traditionelle Probleme vorlegen.

Wie kann ich zum Beispiel Energie aus dem Netz so umwandeln, dass sie sich zur Versorgung einer Serverfarm eignet? Unseren Kunden geht es um die Gesamt-Energiekosten (für die Energie selbst und die Kühlung) sowie darum, wie schnell sich eine Lösung für sie bezahlt macht. Sie sind dabei durchaus bereit, unterschiedliche Technologien und Konzepte zu evaluieren und zu testen und damit neue Wege zu finden, die ihnen helfen, ihre Kosten zu senken und ihre Effizienz zu steigern.

Hersteller wie Texas Instruments bringen hier neue Werkstoffe wie etwa Galliumnitrid (GaN) auf Siliziumsubstraten ins Spiel, um höhere Schaltfrequenzen zu erzielen und an Eingangsspannungen bis zu 700 V noch höhere Wirkungsgrade zu realisieren.

Abgesehen von der Entwicklung dieser HEMT-Bausteine (High-Electron Mobility Transistor) entwickeln wir mehrere Gatetreiber, die sich speziell für GaN-FETs eignen. Nicht zuletzt stellen wir fortschrittliche MCMs (Multi-Chip-Module) vor, die Gatetreiber und GaN-Leistungs-FETs in einem Gehäuse enthalten.

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