Piikarbidi (SiC) on innovatiivinen uusi materiaali tehosovelluksiin, jonka luvataan lisäävän järjestelmän tehokkuutta ja pienentävän samalla järjestelmän kokoa, painoa ja muototekijää. Se on kolme kertaa lämpöä johtavampi kuin pii ja sen kytkentähäviöt ovat pienemmät, mikä mahdollistaa korkeammat käyttölämpötilat ja suuremmat jännitteet.
SiC-moduulit ovat 2-in-1-muotoisia, mikä tekee puolisiltapiirien konfiguroinnista helppoa, joten ne sopivat erinomaisesti HEV/EV-ajovaihtosuuntaajiin tai mihin tahansa tehtävään, jossa on pitkiä jaksoja maksimivirran tarvetta.
Korkea hyötysuhde
Piikarbidiset (SiC) teholaitteet ovat yksi parhaista tavoista minimoida järjestelmän häviöt suuritehoisissa sovelluksissa. Niiden laaja kaistanleveys mahdollistaa korkeammat kytkentätaajuudet ja -jännitteet, mikä lisää tehokkuutta ja pienentää passiivisten komponenttien kokoa. SiC on myös kestävämpi vaativissa ympäristöissä, sillä se on kolme kertaa lämpöä johtavampi kuin pii.
Erillisiä SiC-teholaitteita voidaan käyttää monenlaisissa teollisuussovelluksissa, mutta joskus kriittiset järjestelmät, kuten keskeytymättömät virtalähteet ja akkulaturit, tarvitsevat suurempia virtamääriä. Mitsubishi Electric on tuonut markkinoille 1200 V:n 2. sukupolven tehomoduulit, jotka tarjoavat täyden SiC-tekniikan edut sovelluksiin, joissa virtavaatimukset ovat suuremmat kuin mitä erilliset laitteet voivat tarjota, helppokäyttöisessä pakkauksessa.
Näissä moduuleissa käytetään SiC MOSFET:iä, joissa on puolisiltarakenne, ja ne soveltuvat erilaisiin muuntimien topologioihin, kuten DC/DC-, kaksisuuntaisiin ja AC/AC-vaihtosuuntaajiin. Perinteisiin piilaitteisiin verrattuna nämä moduulit voivat vähentää kytkentähäviöitä jopa 70%:llä ja säästää näin energiaa.
Nämä moduulit on valmistettu korkean luotettavuuden ominaisuuksilla, jotka täyttävät autoteollisuuden ja teollisuuden laatustandardit, mukaan lukien kiekkotason porttipolttotestaus ja HTRB-tyhjennysstressi ulkoisten vikojen vähentämiseksi; oikosulkuluokitukset tekevät niistä sopivia turvallisuuskriittisiin sovelluksiin; niiden kestävä rakenne mahdollistaa toiminnan jopa 230 °C:n lämpötilaan asti korkeilla läpilyöntijännitteillä ja nopeilla palautumisajoilla, jotka auttavat vähentämään riskejä, kuten lumivyöryjä tai läpilyöntejä.
SiC on ihanteellinen materiaali moottorikäyttöön, sillä se kestää korkeampia lämpötiloja kuin perinteiset piilaitteet ja lisää samalla tehotiheyttä ja parantaa suorituskykyä ajan myötä. Lisäksi SiC:n lämmönkestävyys tarkoittaa, että sen hyötysuhde paranee pitkällä aikavälillä.
Mitsubishi Electricin 6,5 kV:n täys-SiC-tehopuolijohdemoduuli on saavuttanut maailman johtavan tehotiheyden. Tämä voi mahdollistaa pienempien ja energiatehokkaampien teholaitteiden käytön rautatievaunujen vetojärjestelmissä tai sähkönsiirto- ja jakeluverkoissa. Lisäksi siinä on hajautettu ohjaus, jonka ansiosta useita moduuleja voidaan yhdistää yhdeksi suuremmaksi tehomoduuliksi, mikä helpottaa järjestelmäsuunnittelua.
Pieni vuotovirta
Piikarbidin (SiC) tehopuolijohteet ovat tulleet yhä suositummiksi niiden energiansäästöominaisuuksien vuoksi tehoelektroniikan tuotteissa. SiC-laitteet ovat paljon energiatehokkaampia kuin piistä valmistetut laitteet, koska niiden kaistanleveys on suurempi ja elektronien siirtyminen valenssikaistasta johtavuuskaistalle vaatii vähemmän energiaa, ja ne toimivat korkeammissa lämpötiloissa ja suuremmilla jännitteillä pienemmillä kytkentähäviöillä.
SiC-pohjaisilla tehomoduuleilla on monia etuja, jotka tekevät niistä ihanteellisen ratkaisun sovelluksiin, joissa tarvitaan suurempaa tehokkuutta, nopeampia kytkentänopeuksia ja parempaa luotettavuutta, kuten inverttereissä, sähköautojen latureissa, aurinkovaihtosuuntaajissa ja moottorikäytöissä. Valitettavasti niiden korkea lämpötila voi johtaa sirun ja alustan juotosliitoksen lisääntyneeseen rasitukseen; ajan mittaan tämä toistuva rasitus voi heikentää sitä ja lyhentää niiden käyttöikää merkittävästi.
Vincotech on kehittänyt innovatiivisen ratkaisun, joka lisää merkittävästi SiC-laitteiden, kuten Vincotechin valmistamien laitteiden, tehosyklikykyä. Lisäämällä erityinen sirun ja alustan juotosliitos moduuleja voidaan nyt testata korkeammissa lämpötiloissa ja vaativammilla tehtäväprofiileilla suorituskyvystä tai luotettavuudesta tinkimättä.
Yrityksen SiC Power Module Platform -alusta koostuu 3300 V:n moduuleista, joissa on integroiduilla porttiohjaimilla ja mittauspiireillä varustetut puolisiltaiset SiC MOSFETit, kevyet AlSiC-perustat mekaanista vakautta varten, 175 asteen jatkuva liitoslämpötilan toimintavalmius ja korkean lämmönjohtavuuden omaava piidinitriittisubstraatti, joka tarjoaa erinomaisen sähköisen suorituskyvyn vaativissa ympäristöissä.
Nämä uudet moduulit on pakattu houkuttelevaan 10 mm x 5 mm:n pakkaukseen, jonka ansiosta ne soveltuvat ahtaisiin sovelluksiin, kuten autoteollisuuteen ja ilmailu- ja avaruustekniikkaan, ja niiden sovitus- ja pakkaustekniikan avulla niistä voi tulla helposti osa integroitua järjestelmää.
Imperialx käyttää näitä uusia moduuleja parhaillaan useissa prototyyppitehomuuntimissa osoittaakseen niiden kykyä tarjota nopeampi kytkentä, korkeampi hyötysuhde ja alhaisemmat järjestelmän kokonaiskustannukset tehomuunnossovelluksissa. Moduuleissa on säädettävät suojamekanismit, jotka suojaavat vaarallisilta olosuhteilta, mikä tekee niistä erinomaisen ratkaisun teknisiin sovelluksiin, joissa tarvitaan nopeaa pienennettyä muuntimen toteutusta, kuten opetus- tai tutkimustarkoituksiin.
Korkea jännite
Pii on tehopuolijohteiden tärkein materiaali, mutta muut materiaalit, joilla on paremmat ominaisuudet, kuten galliumnitridi ja piikarbidi (SiC), tarjoavat paremman hyötysuhteen korkeammissa lämpötiloissa ja jännitteissä, mikä mahdollistaa suuremman tehonsiirtokapasiteetin pienemmissä tiloissa ja pienemmät jäähdytystarpeet energiatehokkaissa integroiduissa tehojärjestelmissä. Lisäksi muuntamisen aikana häviää vähemmän lämpöä, mikä vähentää jäähdytysvaatimuksia ja samalla tekee kaikesta paljon energiatehokkaampaa.
SiC tarjoaa 10 kertaa vahvemman dielektrisen lujuuden kuin pii, minkä ansiosta laitteet voivat toimia korkeammilla jännitteillä ilman, että ne vaurioituvat tai aiheuttavat liiallista lämpöä - tämä on ihanteellista latausinfrastruktuurin ja älykkäiden verkkojen sovelluksissa, jotka edellyttävät korkeita jännitetasoja.
Imperialxin 10 kV:n SiC-tehomoduuleissa on pienempi kommutointisilmukan induktanssi kuin perinteisissä Si-pii-MOSFETeissä, ja niissä on alhaiset Millerin kapasitanssisuhteet, jotka mahdollistavat suuremmat kytkentänopeudet ja paremman hyötysuhteen suunnittelussa. Lisäksi nämä moduulit on suunniteltu erityisesti helppoon rinnakkaistamiseen ja yhteensopivuuteen tavanomaisten porttiohjausrakenteiden kanssa.
Imperialxin 10 kV:n SiC-tehomoduulit tarjoavat houkuttelevan tehomoduuli-järjestelmä-liitännän, joka voi alentaa järjestelmän kokonaiskustannuksia. Lisäksi niiden kotelointi lisää luotettavuutta ja vähentää tehohäviöitä korkeissa lämpötiloissa, mikä auttaa alentamaan järjestelmän kokonaiskustannuksia.
Kun alan standardikotelot, kehittyneet pakkaustekniikat ja uusimmat SiC-sirut yhdistetään tuottamaan SiC-tehomoduuleja, jotka on täysin optimoitu hyödyntämään kaikki niiden edut, SiC-moduuleja voidaan hyödyntää monenlaisissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvojen latausasemissa, ajoneuvolatureissa, DC/DC-muuntimissa, e-kompressoreissa, polttokennoissa, lääkinnällisissä teholähteissä, aurinkosähköisissä inverttereissä.
Imperialxin ACEPACK DRIVE -tehomoduulit on suunniteltu erityisesti täyttämään sähköajoneuvojen (EV) lataukseen ja käynnistykseen liittyvät vaativat tehtäväprofiilit. Niiden vankka mutta luotettava rakenne soveltuu kuljetustärinään sekä äärimmäisiin ympäristön lämpötilaolosuhteisiin, ja niiden sisäiset kentänluokituslevyt ja korkean lämpötilan PDIV-vastukset takaavat turvallisen toiminnan sekä lyhyillä että pitkillä väyläkiskoyhteyksillä - ihanteellisia ominaisuuksia suorituskykyisten tehomuuntimien nopeaan prototyyppikehitykseen sekä muihin vaativiin tutkimussovelluksiin.
Alhainen paino
SiC-tehomoduulit ovat paljon pienempiä, kevyempiä ja kompaktimpia kuin pii (Si) -moduulit, minkä ansiosta suunnittelijat voivat luoda järjestelmiä, joissa materiaalien kokonaislaskelma (BOM) ja kokoonpanokustannukset ovat alhaisemmat.
Piikarbidista saadaan suurin hyöty, kun se integroidaan huolellisesti suunniteltuun tehomoduuliin. Tällaisten moduulien suorituskyvyn maksimoimiseksi niiden komponentit on suunniteltava siten, että niiden lämpövastus on mahdollisimman pieni - näin tehomoduuli voi saavuttaa täyden potentiaalinsa ja samalla välttää sähkölämpöisestä vanhenemisesta johtuvan varhaisen vikaantumisen.
Tehomoduulit muodostavat sähköisten tehonmuuntojärjestelmien selkärangan. Niitä käytetään monissa eri sovelluksissa - sähköajoneuvojen vaihtosuuntaajista ja latausasemista teollisuuden ja ilmailun voimajärjestelmien kautta aina sotilaskäyttöön asti. SiC-tehopuolijohdekomponentit ovat loistavia valintoja, sillä ne tarjoavat erinomaisen hyötysuhteen ja ovat samalla edullisia, kevyitä ja vähän huoltoa vaativia.
Piikarbidilaitteet tarjoavat paremman hyötysuhteen ja alhaisemmat BOM-kustannukset, mutta ne voivat myös toimia suuremmilla kytkentätaajuuksilla kuin piikarbidilaitteet, mikä antaa insinööreille enemmän mahdollisuuksia suunnitella ratkaisuja, joissa on suurempi tehotiheys, alhaisemmat johtavuushäviöt, nopeampi transienttivaste ja kestävyys.
ACEPACK DRIVE -tehomoduuleissa on suora nestejäähdytysratkaisu, jossa on suorituskykyisiä piikarbidi-MOSFETeja ja porttiohjaimia puolikokoisessa IGBT-paketissa, mikä helpottaa asettelua, kokoonpanoa ja takaa korkean luotettavuustason. Insinöörit voivat hyödyntää tätä saavuttaakseen enemmän tehoa pienemmässä tilassa helpommin ja yksinkertaistaakseen samalla asettelua ja kokoonpanomenettelyjä, jotta teho kasvaisi.
ACEPACK DRIVE -tehomoduuli tarjoaa erinomaisen lämpötilasuorituskyvyn lämpöpinollaan, joka auttaa alentamaan päälle kytkettyä tilaa ja portin vuotovirtaa 20%:llä tai enemmän, mikä mahdollistaa suuremman tehotiheyden, alhaisemman lämmöntuottokyvyn ja paremman luotettavuuden samalla, kun se täyttää vaativat elinkaarivaatimukset.
SEMITOP E1/E2 -piikarbiditehomOSFET-alusta sisältää useita sirusukupolvia erilaisissa topologioissa, kuten sixpack-, half-bridge- ja H-siltatekniikoissa; tämä tekee SEMITOP-sarjasta yhden markkinoiden kehittyneimmistä SiC-tehomoduuliratkaisuista. Lisäksi yksi sen RDS(on)-lämpötilakertoimista kuuluu markkinoiden alhaisimpiin, mikä tekee tästä sarjasta yhden tarjolla olevista edistyksellisimmistä tehomoduuleista.