Desenvolupament del controlador del motor de nova generació de nova generació - SiC Inverter
En el controlador de la unitat de vehicle elèctric, l'inversor és un component clau per a la conversió d'energia AC / DC, i s'utilitza per a la recuperació d'energia durant la conducció o frenada del motor. El mercat és cada vegada més exigent per als controladors en termes d'eficiència en la transferència d'energia, densitat de potència i preu. El mòdul de potència és el component clau de l'inversor per aconseguir una alta eficiència de transmissió i alta densitat de potència. Actualment, la majoria dels inversors de la unitat de cotxe elèctric es basen en el dispositiu tradicional Si (silici) del dispositiu IGBT (transistor bipolar aïllat de la porta). El disseny té els desavantatges de la baixa freqüència de commutació i la gran pèrdua, que limita la millora de la densitat de potència del conductor del vehicle elèctric.
SiC (carbur de silici) té tres avantatges sobre els dispositius Si: major tensió de tensió d'avaria; menor pèrdua; major conductivitat tèrmica. Aquestes característiques fan que els dispositius SiC puguin ser utilitzats en alta tensió, alta freqüència de commutació, aplicacions de gran densitat de potència. Amb la millora del nivell de fabricació d'energia del mòdul SiC, SiC serà un dispositiu semiconductor més adequat per a conductors de vehicles elèctrics. L'ús de dispositius SiC és un mitjà eficaç per aconseguir una alta densitat de potència dels conductors de vehicles elèctrics. En l'actualitat, s'han aplicat més i més investigacions a l'aplicació de mòduls de potència SiC a inversors motoritzats. Toyota Motor Corporation ha aplicat mòduls de potència SiC a vehicles híbrids.
En comparació amb els dispositius Si, l'ús de dispositius SiC té grans avantatges.
Millor millora de l'eficiència i millora del vehicle
Atès que la caiguda de tensió de funcionament del SiIGBT presenta característiques de díode: fins i tot si el corrent és petit, l'IGBT té una gran caiguda de voltatge inicial encesa. La caiguda de tensió de funcionament del SiC MOSFET presenta una característica resistiva: la caiguda de voltatge de voltatge és proporcional a la corrent altern. Les dues característiques de voltatge diferents de SiIGBT i SiCMOSFET determinen que la pèrdua de conducció de SiCMOSFET és superior a la de SiIGBT només quan el corrent és molt gran i la pèrdua de conducció de SiCMOSFET és millor que la de SiIGBT en la majoria dels intervals actuals. En tota la condició de treball del vehicle, la majoria són petites condicions de treball actuals, i la gran condició de treball de parell representa una petita proporció en tot l'espectre de la carretera. Amb el desenvolupament de la tecnologia de xips SiC, la resistència de SiCMOSFET serà millor que SiIGBT en el futur.
Per tant, després d'utilitzar el dispositiu SiC, l'eficiència de conversió de l'inversor pot millorar considerablement, de manera que per a la mateixa bateria, l'ús del dispositiu SiC pot millorar de manera efectiva el quilometratge del vehicle sencer.
Petita grandària i gran densitat de potència
A causa de la baixa pèrdua de dispositius SiC, els dispositius SiC poden aconseguir la mateixa potència de sortida amb una àrea de xip menor que els dispositius Si. Al mateix temps, els dispositius SiC poden operar a altes freqüències, ajudant a reduir la mida dels components passius al voltant del dispositiu elèctric. L'inversor SiC desenvolupat per United Electronics és més de la meitat del volum del convertidor de Si homologat al mateix nivell de potència.
Alta freqüència de commutació per optimitzar el soroll del sistema
En l'actualitat, la freqüència de commutació comú de l'inversor Si és de 5 a 10 kHz, i el sistema generarà un soroll de commutadors de 5 a 20 kHz, que és fàcil de provocar molèsties en el rang de freqüències que pot escoltar l'oïda humana. Amb el dispositiu SiC, augmentant la freqüència de commutació a 40 kHz, la freqüència de soroll de commutació generada pel sistema pot superar el rang de freqüències que pot escoltar l'oïda humana. Al mateix temps, s'incrementa la freqüència de commutació per reduir els harmònics de control actuals, reduint així el soroll electromagnètic i millorant l'experiència de conducció del vehicle.
Però l'ús actual dels dispositius SiC també presenta grans desafiaments.
Els dispositius SiC són més cars
Atès que el procés de xip SiC actual no és tan madur com Si, principalment per a les obleas de 4 polzades, la velocitat d'utilització del material no és alta i la oblea de xip Si s'ha desenvolupat a 8 polzades o fins a 12 polzades. D'altra banda, la demanda de xips SiC en el mercat encara no ha augmentat i, d'altra banda, el cost dels xips de SiC és relativament alt.
El desenvolupament de la tecnologia de l'embalatge de dispositius SiC queda endarrerit
En l'actualitat, molts proveïdors de dispositius d'alimentació principals del món han investigat i desenvolupat xips SiC, però en canvi, el desenvolupament de la tecnologia d'embalatge dels dispositius SiC queda enrere. En comparació amb el xip Si, el xip SiC té una major resistència a la temperatura i la seva temperatura d'operació pot superar els 200 graus. No obstant això, la tecnologia de segellat utilitzada en el mòdul SiC encara està dissenyada amb el mòdul Si, i la seva fiabilitat i la seva vida no poden assolir els 200 graus. Requisits laborals. Les condicions d'aplicació del xip SiC són limitades.
Tecnologia de protecció de conducció
En comparació amb el xip Si, la capacitat de resistència a curtcircuit del xip SiC es redueix considerablement. Per tant, per evitar la fallada de curt circuit del dispositiu SiC durant l'operació, el circuit d'accionament ha de tenir un menor temps de resposta, que es proposa per a la tecnologia de protecció del circuit de la unitat del dispositiu SiC. Un gran repte.
Disseny tèrmic
Atès que l'àrea d'un sol xip SiC és petita, per aconseguir una alta potència, és necessari utilitzar més xips en paral·lel. Com fer un disseny raonable del disseny del xip dins del mòdul per assegurar l'equilibri tèrmic entre els xips i controlar la temperatura del pic del xip és un gran repte.
EMI i problemes d'aïllament causats per una alta velocitat de commutació
En comparació amb els dispositius Si, la velocitat de commutació dels dispositius SiC es pot millorar significativament, i es milloren els di / dt i dv / dt en el procés de commutació, tot i que això ajuda a reduir la pèrdua de commutació del dispositiu, però d'altra banda produirà problemes seriosos d'EMI, la manera de dissenyar correctament el circuit de control i el circuit de filtre per suprimir EMI també és un problema important. Al mateix temps, el dv / dt alt afecta negativament l'aïllament dels bobinatges del motor, cosa que pot accelerar l'envelliment de les peces aïllants, com ara el fil esmaltat i l'anell aïllant, cosa que provoca nous reptes en el disseny de l'aïllament del motor.
per concloure
Tot i que el procés del dispositiu SiC actual no és tan madur com Sí, el desenvolupament del paquet SiC és relativament retardat i el preu del dispositiu és diverses vegades superior al de Si. Tanmateix, amb la maduresa de la tecnologia de dispositius i la creixent demanda de dispositius SiC al mercat, aquests desavantatges seran gradualment allisats, i els dispositius SiC són inherentment alts per a la tensió, alta freqüència de commutació, baixes pèrdues, etc. Els avantatges també determinen que es pot utilitzar cada vegada més com un material molt competitiu en el futur.
