Nova generacija novih energetskih regulatora motora - SiC Inverter
Kod regulatora pogona električnog vozila, pretvarač je ključna komponenta za energetsku AC / DC konverziju i koristi se za oporavak energije za vrijeme vožnje ili kočenja motora. Tržište je sve zahtjevnije za regulatore u smislu efikasnosti prijenosa energije, gustoće snage i cijene. Modul snage je ključna komponenta pretvarača za postizanje visoke učinkovitosti prijenosa i visoke gustoće snage. Trenutno, većina pretvarača pogona električnih vozila se zasniva na tradicionalnom Si (silicijumskom) IGBT uređaju (izolirani bipolarni tranzistor). Dizajn ima nedostatke niske frekvencije prebacivanja i velikih gubitaka, što ograničava poboljšanje gustine snage vozača električnog vozila.
SiC (silicijum karbid) ima tri prednosti u odnosu na Si uređaje: veća napon probojnog napona; manji gubitak; veća toplotna provodljivost. Ove karakteristike znače da se SiC uređaji mogu koristiti u visokom naponu, visokoj frekvenciji prebacivanja, aplikacijama visoke gustine snage. Sa poboljšanjem nivoa proizvodnje SiC modula, SiC će biti pogodniji poluvodički uređaj za vozače električnih vozila. Upotreba SiC uređaja je efikasno sredstvo za postizanje visoke gustine snage vozača električnih vozila. Trenutno se sve više istraživanja primenjuje na primenu SiC energetskih modula na motorne invertore. Toyota Motor Corporation je primenila SiC modele na hibridna vozila.
U poređenju sa Si uređajima, korištenje SiC uređaja ima velike prednosti.
Visoka efikasnost i poboljšana kilometraža vozila
Budući da pad napona na SiIGBT-u pokazuje karakteristike diode: čak i ako je struja mala, IGBT ima veliki početni pad napona. Pad napona uključivanja SiC MOSFET-a pokazuje otpornu karakteristiku: pad napona uključivanja proporcionalan je struji uključenja. Dva različita naponska svojstva SiIGBT i SiCMOSFET utvrđuju da je gubitak provodljivosti SiCMOSFET-a veći od SiIGBT samo kada je struja vrlo velika, a gubitak provodljivosti SiCMOSFET-a je bolji od SiIGBT u većini trenutnih intervala. U svim radnim uslovima vozila, većina njih su mali trenutni radni uslovi, a veliki radni uslovi obrtnog momenta čine mali procenat u čitavom spektru puteva. Sa razvojem SiC čip tehnologije, otpornost na SiCMOSFET će biti bolja od SiIGBT u budućnosti.
Stoga, nakon upotrebe SiC uređaja, efektivnost konverzije invertera može se značajno poboljšati, tako da za isti paket baterija, korištenje SiC uređaja može učinkovito poboljšati kilometražu cijelog vozila.
Mala veličina i velika gustina snage
Zbog niskog gubitka SiC uređaja, SiC uređaji mogu postići istu izlaznu snagu s manjim područjem čipa od Si uređaja. U isto vrijeme, SiC uređaji mogu raditi na visokim frekvencijama, pomažući smanjiti veličinu pasivnih komponenti oko uređaja za napajanje. SiC inverter razvijen od strane United Electronics je više od polovine volumena odobrenog Si invertera na istom nivou snage.
Visoka frekvencija prebacivanja za optimizaciju buke sistema
Trenutno, uobičajena frekvencija prebacivanja Si invertera je 5-10 kHz, a sistem će generisati 5-20 kHz šuma prelaska, što je lako izazvati nelagodnost u frekventnom opsegu koji se može čuti od strane ljudskog uha. Sa SiC uređajem, povećavajući frekvenciju prebacivanja na 40 kHz, frekvencija preusmjeravanja buke koju generira sistem može premašiti frekvencijski opseg koji se može čuti od strane ljudskog uha. U isto vrijeme, frekvencija prebacivanja se povećava kako bi se smanjili harmonici harmonika struje, čime se smanjuje elektromagnetni šum i poboljšava iskustvo vožnje vozila.
Međutim, sadašnja upotreba SiC uređaja predstavlja veliki izazov.
SiC uređaji su skuplji
Budući da trenutni proces SiC čipova nije tako zreo kao Si, uglavnom za 4-inčne pločice, stopa iskorištenosti materijala nije visoka, a Si-pločica je razvijena na 8 inča ili čak 12 inča. S druge strane, potražnja za SiC čipovima na tržištu još nije povećana, as druge strane, cijena SiC čipova je relativno visoka.
Razvoj tehnologije pakiranja SiC uređaja zaostaje
Trenutno, mnogi glavni dobavljači energetskih uređaja u svijetu istražuju i razvijaju SiC čipove, ali za razliku od toga, razvoj tehnologije pakiranja za SiC uređaje zaostaje. U poređenju sa Si čipom, SiC čip ima veću otpornost na temperaturu i njegova radna temperatura može preći 200 stepeni. Međutim, tehnologija brtvljenja koja se koristi u SiC modulu i dalje je dizajnirana sa Si modulom, a njegova pouzdanost i životni vijek ne može zadovoljiti 200 stepeni. Zahtevi za posao. Uvjeti primjene SiC čipa su ograničeni.
Tehnologija zaštite pogona
U poređenju sa Si čipom, sposobnost kratkog spoja SiC čipa je znatno smanjena. Zbog toga, da bi se spriječio kvar na kratkom spoju SiC uređaja tijekom rada, pogonski sklop mora imati manje vrijeme odziva, što je predloženo za tehnologiju zaštite kruga pogona uređaja SiC. Veliki izazov.
Termalni dizajn
Pošto je površina jednog SiC čipa mala, da bi se postigla visoka izlazna snaga, potrebno je paralelno koristiti više čipova. Kako napraviti razumljiv dizajn izgleda čipa unutar modula kako bi se osigurala toplinska ravnoteža između čipova i pratila temperatura vruće točke na čipu je veliki izazov.
EMI i izolacijski problemi uzrokovani visokom brzinom prebacivanja
U poređenju sa Si uređajima, brzina prebacivanja SiC uređaja može se značajno poboljšati, a di / dt i dv / dt u procesu komutacije su poboljšani, iako to pomaže da se smanji gubitak prekidača uređaja, ali s druge strane će proizvesti ozbiljne EMI probleme, kako pravilno dizajnirati upravljački krug i filtarski krug za suzbijanje EMI-ja je također važno pitanje. Istovremeno, visoki dv / dt negativno utiču na izolaciju namota motora, što može ubrzati starenje izolacionih delova kao što su emajlirana žica i izolacioni prsten, dovodeći tako nove izazove za izolacionu konstrukciju motora.
da sumiramo
Iako trenutni proces SiC uređaja nije tako zreo kao Si, razvoj SiC paketa je relativno zaostao, a cijena uređaja je nekoliko puta viša od cijene Si. Međutim, sa zrelosti tehnologije uređaja i sve većom potražnjom za SiC uređajima na tržištu, ovi nedostaci će se postepeno izglađivati, a SiC uređaji su svojstveni visokom izdržljivom naponu, visokoj frekvenciji prebacivanja, malim gubicima i tako dalje. Prednosti takođe određuju da se on u budućnosti može sve više koristiti kao veoma konkurentan materijal.
