为怪兽芯片而来的电力激增 - 彭博社

二十年来，维克托·A·K·坦普尔在相对默默无闻中辛勤工作，追求一种半导体技术，这种技术如此深奥且不引人注目，以至于甚至让大多数硅工程师都感到厌烦。难怪。他所着迷的芯片远非尖端技术，仅占所有芯片销售的0.1%。它们的名字——怪兽电源集成电路——听起来引人注目，但却具有误导性。它们不是超级计算器，而是设计用于修改、切换和处理重载电流的集成电路——高达1200伏特——这些电流会烧毁普通芯片。

最终，坦普尔的努力得到了回报，他领导着哈里斯公司的电力研究与开发部门，位于纽约拉萨姆。去年他获得专利的这种截然不同的电源芯片被《研发杂志》的专家小组评选为1993年100种最重要的新产品之一。而且，财务回报似乎也有保障。市场研究公司Dataquest Inc.预测，怪兽芯片的需求将激增，预计1992年全球销售约为7000万美元，到1997年将达到3.35亿美元。

这一增长部分将受到政府机构最近节能法规和激励措施的推动。通过采用使用更少电力的电源芯片，家电制造商已经在开发更高效的空调、冰箱和洗衣机。工厂设备、飞机、船舶和潜艇可能是下一个受益者。电力公司依靠电源芯片使现有设施更高效，从而帮助满足日益增长的需求。而且，芯片的销售可能在1998年激增，那时加利福尼亚州将要求销售的汽车中有2%必须是无污染的。它们可能会配备电动马达，哈里斯认为其芯片将有助于实现更快的加速、更长的续航和更快的电池充电。

拯救恩典。这些用途的共同点是电动机。爱迪生电气协会表示，美国有10亿台电动机，消耗了美国一半的电力。由于大多数电动机现在以单一速度运行，因此浪费了很多电力。解决方案是通过电源芯片来改变电动机的速度。摩托罗拉半导体产品部门的电力产品总监丹尼尔·阿图西表示，“电动机只需以所需的速度运行，可以将电费降低多达40%。”他补充说，如果所有单速电动机都变为变速模型，“节省的费用将相当于近1%的国内生产总值。”

目前大多数大型芯片销售的设计是IGBT（绝缘栅双极晶体管）。尽管该芯片在1980年代在美国开发，但市场一直被日本的东芝和日立以及欧洲的汤姆逊和西门子主导，这些国家的电力成本如此之高，以至于对节能产品的需求非常旺盛。哈里斯的坦普尔表示，“美国的芯片制造商专注于高价工业电动机，而日本则利用IGBT来追求大众市场产品，如空调。”他们的生产量迅速增长，电源芯片的价格下降。

然后在去年年底，哈里斯推出了一种新的电源芯片，称为MOS控制的晶闸管，或MCT。坦普尔坚称，这将使美国重回巅峰，因为它的电流处理能力更高——是同尺寸IGBT的两倍以上——而电能损耗减少了一半。芯片内部结构的不同设计解释了这些增益。首批MCT的开关速度不如IGBT快，但坦普尔声称，新的型号将在年底前实现更快的开关速度。开关速度对于精确调节变速电动机至关重要。

摩托罗拉的阿图西反驳说，MCT的优势并没有坦普尔所坚持的那么大。“我们仔细研究了MCT技术，”他说，并决定坚持使用IGBT。不过，哈里斯有强大的盟友。其中之一是位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的电力研究院，该院为公用事业行业进行研究。EPRI认为，MCT芯片可以替代其成员公司使用的几乎所有类型的开关。“我们未来五年的所有节能研发项目都基于这些设备，”EPRI的电力系统技术经理哈沙德·梅塔说。此外，他表示，超高功率MCT——目前在哈里斯的研究阶段，得到了EPRI的资助——将简化高压线路从交流电到直流电的转换，这使得同一条线路可以承载两倍的电力。这些芯片还可以通过将电力从一个区域电网转移到另一个区域电网来帮助避免停电。

即使是美国空军也喜欢MCT芯片。喷气式战斗机内部装满了电子设备，热量积聚是一个大问题。热量无法排出而不影响性能并增加飞机在敌方雷达上的特征，“所以它被排放到燃料中，”位于代顿的怀特·帕特森空军基地航空动力研究主任威廉·U·博尔格说。缺点是“如果你想保持电子设备足够冷以便安全着陆，你通常会带着数百磅的燃料”，这些燃料本可以用于更长的飞行。由于其较低的热损失，MCT芯片可能会缓解这个问题。

全面转换。空军看到另一个优势。使用小型的、配备MCT的电动马达代替液压系统来驱动着陆 gear 和机翼襟翼，可能有助于将飞机的重量减少多达15%。这可能提高战斗机和民用飞机的速度和机动性——这也解释了为什么阿利德信号公司的航空航天部门已经“完全转向MCT”用于飞机动力系统，首席科学家罗伯特·C·埃肯费尔德说。他预计整个航空航天市场将效仿。

芯片对飞机的作用，可能也会对电动汽车产生影响。发动机舱下的变速电机可能会消除对重型变速器的需求。MCT芯片也可能取代电动机上的旧固态控制器。理论上，这可以通过节省高达15%电动汽车电池电量中因控制器的电阻而损失的热量，来延长汽车的续航里程。福特汽车公司电动车开发总监约翰·R·华莱士对续航里程的提升幅度持怀疑态度。但他的团队最近获得了首批MCT芯片。在实验室测试中，他表示，“它们似乎能够完成预期的功能。”如果在车辆测试中也能保持这种表现，他补充道，“它们将成为我们首选的设备。”

与此同时，坦普尔并没有止步于现状。他指出，目前的MCT芯片仅适用于哈里斯所关注市场的约20%。他有很多新想法来改善他产品的电力处理能力。因此，即使经过20年，坦普尔的工作可能才刚刚开始。