Nova generacija novih energetskih regulatora razvoja motora - SiC Inverter
U regulatoru pogona električnog vozila, pretvarač je ključna komponenta za energetsku AC / DC pretvorbu i koristi se za oporavak energije tijekom vožnje ili kočenja motora. Tržište je sve zahtjevnije za regulatore u smislu učinkovitosti prijenosa energije, gustoće snage i cijene. Modul snage je ključna komponenta pretvarača za postizanje visoke učinkovitosti prijenosa i visoke gustoće snage. Trenutačno se većina pretvarača pogona električnih vozila temelji na tradicionalnom Si (silicijskom) uređaju IGBT (izolirani bipolarni tranzistor). Dizajn ima nedostatke niske frekvencije prebacivanja i velikih gubitaka, što ograničava poboljšanje gustoće snage vozača električnog vozila.
SiC (silicij-karbid) ima tri prednosti u odnosu na Si-uređaje: veća napon probojnog napona; manji gubitak; veća toplinska vodljivost. Ove karakteristike znače da se SiC uređaji mogu koristiti u visokom naponu, visokoj frekvenciji prebacivanja, aplikacijama visoke gustoće snage. S poboljšanjem razine proizvodnje SiC modula, SiC će biti prikladniji poluvodički uređaj za vozače električnih vozila. Korištenje SiC uređaja je učinkovito sredstvo za postizanje visoke gustoće snage vozača električnih vozila. Trenutno se sve više istraživanja primjenjuje na primjenu SiC energetskih modula na motorne pretvarače. Toyota Motor Corporation primijenila je SiC modula na hibridna vozila.
U usporedbi sa Si uređajima, uporaba SiC uređaja ima velike prednosti.
Visoka učinkovitost i povećana 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 pri uključivanju SiC MOSFET-a pokazuje otpornu karakteristiku: pad napona uključivanja proporcionalan je struji uključenja. Dva različita naponska svojstva SiIGBT-a i SiCMOSFET-a određuju da je gubitak vodljivosti SiCMOSFET-a veći od SiIGBT-a samo kada je struja vrlo velika, a gubitak vodljivosti SiCMOSFET-a je bolji od SiIGBT u većini trenutnih intervala. U svim radnim uvjetima vozila, većina njih su mali trenutni radni uvjeti, a veliki radni uvjet okretnog momenta čini mali udio u cijelom spektru cesta. Razvojem tehnologije SiC čipova, otpornost na SiCMOSFET će u budućnosti biti bolja od SiIGBT.
Stoga, nakon korištenja SiC uređaja, učinkovitost pretvorbe pretvarača može se značajno poboljšati, tako da za isti paket baterija, korištenje SiC uređaja može učinkovito poboljšati kilometražu cijelog vozila.
Mala veličina i velika gustoća snage
Zbog slabog gubitka SiC uređaja, SiC uređaji mogu postići istu izlaznu snagu s manjom površinom 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 polovice volumena odobrenog Si invertera na istoj razini snage.
Visoka frekvencija prebacivanja za optimiziranje buke sustava
Trenutno, uobičajena preklopna frekvencija Si invertera je 5-10 kHz, a sustav će generirati 5-20 kHz preusmjeravanje, što je lako uzrokovati nelagodu u frekvencijskom području koje se može čuti od strane ljudskog uha. Sa SiC uređajem, povećanjem frekvencije prebacivanja na 40 kHz, frekvencija buke pri prebacivanju koju generira sustav može premašiti frekvencijski raspon koji se može čuti od strane ljudskog uha. Istovremeno se povećava frekvencija prebacivanja kako bi se smanjili harmonici struje, čime se smanjuje elektromagnetski šum i poboljšava iskustvo vožnje vozila.
No sadašnja uporaba SiC uređaja također predstavlja veliki izazov.
SiC uređaji su skuplji
Budući da trenutni proces čipova SiC 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 se nije povećala, 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 usporedbi sa Si čipom, SiC čip ima veću otpornost na temperaturu i njegova radna temperatura može premašiti 200 stupnjeva. 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 stupnjeva. Zahtjevi za posao. Uvjeti primjene SiC čipa su ograničeni.
Tehnologija zaštite pogona
U usporedbi sa Si čipom, sposobnost kratkog spoja SiC čipa je znatno smanjena. Stoga, kako bi se spriječilo kvar kratkog spoja SiC uređaja tijekom rada, pogonski sklop mora imati manje vrijeme odziva, što je predloženo za tehnologiju zaštite pogonskog kruga SiC uređaja. Veliki izazov.
Toplinski dizajn
Budući da je površina jednog SiC čipa mala, da bi se postigla visoka izlazna snaga, potrebno je paralelno koristiti više čipova. Kako napraviti razumni izgled dizajna 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 usporedbi sa Si uređajima, brzina prebacivanja SiC uređaja može se značajno poboljšati, a di / dt i dv / dt u procesu prebacivanja 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 nepovoljno utječu na izolaciju namota motora, što može ubrzati starenje izolirajućih dijelova kao što su emajlirana žica i izolacijski prsten, dovodeći tako nove izazove za izolacijsku konstrukciju motora.
da sumiramo
Iako trenutni proces SiC uređaja nije tako zreo kao Si, razvoj SiC paketa je relativno lagan, a cijena uređaja je nekoliko puta viša od cijene Si. Međutim, s obzirom na zrelost tehnologije uređaja i sve veću potražnju za SiC uređajima na tržištu, ovi će se nedostaci postupno izravnati, a SiC uređaji su sami po sebi visoki otporni napon, visoka frekvencija prebacivanja, mali gubitak i tako dalje. Prednosti također određuju da se može sve više koristiti kao vrlo konkurentan materijal u budućnosti.
