MOSFETy z karbidu kremíka pre elektrické vozidlá a obnoviteľné zdroje energie

Technologický pokrok je pre podniky vyrábajúce polovodiče udalosťou, ktorá sa opakuje raz za generáciu, a tí, ktorí ho akceptujú, môžu dosiahnuť obrovské zisky.

Spoločnosť Cree, teraz Wolfspeed, profituje z trendu smerujúceho k energetickým zariadeniam z karbidu kremíka. Ich inovácie v oblasti konštrukcie a výroby zariadení im umožňujú vyrábať menšie čipy s rovnakým výkonom na každej doštičke, čím sa zvyšuje kapacita na jednu doštičku.

Napájacie zariadenia

Karbidové MOSFETy Wolfspeed sú neoddeliteľnou súčasťou napájacích systémov elektrických vozidiel a ponúkajú podobnú vysokú účinnosť ako kremíkové (Si) MOSFETy, ale so zníženou napäťovou stratou a teplotnou odolnosťou, ako aj s menšou potrebou chladenia pri prevádzke v extrémnych podmienkach prostredia - čo sa prejavuje v menších konštrukciách s nižšími nákladmi na watt.

Spoločnosť Wolfspeed Technologies bola pôvodne založená ako Cree v roku 1987 a odvtedy je svetovým lídrom v zavádzaní technológií karbidu kremíka na podporu efektívneho využívania energie a zabezpečenie udržateľnej budúcnosti. Ich produktové rady zahŕňajú materiály a zariadenia pre elektrické vozidlá na rýchle nabíjanie, skladovanie energie z obnoviteľných zdrojov, potreby skladovacej kapacity a ďalšie - využívajú tvrdú prácu, spoluprácu a vášeň pre inovácie na uvoľnenie možností na premenu nášho sveta na dobré.

Spoločnosť RF Micro Devices Inc. dokončí predaj divízie osvetľovacích produktov a sústredí sa na svoje hlavné činnosti v oblasti polovodičov RF/GaN výkonových polovodičov a EM. S cieľom uspokojiť očakávaný dopyt spoločnosť rozširuje kapacitu výstavbou novej továrne na 200 mm materiály v Durhame a rozšírením továrne Mohawk Valley v Marcy v štáte New York.

Durham v Severnej Karolíne sa čoskoro stane domovom najväčšej továrne na výrobu karbidu kremíka na svete. Bude sa špecializovať na výrobu 200 mm plátkov, ktoré sú 1,7x väčšie ako 150 mm plátky, aby bolo v každom zariadení viac SiC čipov.

Ukladanie energie

Skladovanie energie je nenahraditeľná technológia, ktorá umožňuje, aby sa systémy obnoviteľnej energie, ako sú solárna a veterná energia, stali nákladovo efektívnejšími a výkonovo hustejšími, ako aj aby sa znížili náklady a veľkosť na úrovni domácností, komerčných zariadení a verejných služieb. Spoločnosť Wolfspeed ponúka celý rad výkonových zariadení SiC, od Schottkyho diód až po vysoko výkonné moduly, ako sú moduly série WolfPACK, ktoré sú navrhnuté tak, aby pomohli konštruktérom systémov vytvárať robustnejšie a spoľahlivejšie systémy, ktoré spĺňajú vyvíjajúce sa normy účinnosti.

Spoločnosť Wolfspeed ako popredný svetový dodávateľ výkonových zariadení z karbidu kremíka úzko spolupracuje so zákazníkmi na uľahčení tohto prechodu od kremíka k SiC. Spoločnosť Wolfspeed rozšíri svoje kapacity na poskytovanie SiC plátkov a polovodičov vo svojom novom výrobnom centre John Palmour Manufacturing Center for Silicon Carbide v Chatham County v Severnej Karolíne (ďalej len "JP"), ktoré bude 10x väčšie ako ich existujúca 200 mm továreň v Durhame v Severnej Karolíne ako súčasť rámca IPCEI (Industrial Research & Development Initiative).

Vklad spoločnosti Renesas vo výške $2 miliárd eur pomôže financovať projekty JP aj prebiehajúce projekty rozširovania kapacít, ako je napríklad výstavba najväčšej 200 mm továrne na výrobu karbidu kremíka na svete v areáli v Durhame, ktorá je v súčasnosti vo výstavbe. Spoločnosť Renesas nedávno oznámila aj strategické partnerstvo so spoločnosťou ZF s cieľom spoločne rozvíjať a spolufinancovať továreň na výrobu zariadení IPCEI v nemeckom Sársku, ktorá bude zahŕňať výrobu 200 mm zariadení. Toto zariadenie bude prvým komerčným zariadením na výrobu výkonovej elektroniky v Európe.

Výkonová elektronika so širokou pásmovou medzerou

Výkonové polovodiče so širokým a ultraširokým pásmom prinášajú revolúciu do fungovania elektronických zariadení. V porovnaní so štandardnými kremíkovými výkonovými polovodičmi sú širokopásmové zariadenia menšie a zvládajú vyšší prúd pri súčasnom znížení spínacích a vodivostných strát; umožňujú konštruktérom systémov dosiahnuť vyššiu energetickú účinnosť a väčšiu hustotu výkonu vo veľkokapacitných aplikáciách, ako sú elektrické vozidlá (EV), zariadenia na skladovanie energie z obnoviteľných zdrojov, infraštruktúra nabíjacej infraštruktúry a priemyselné zdroje energie; dokonca sú prínosom aj pre vlakové a trakčné pohony!

Napríklad výkonové moduly vybavené SiC MOSFET Wolfspeed môžu znížiť veľkosť aj hmotnosť a zároveň zvýšiť výkon o 67% v prípade meniča pre elektrické vozidlá, čo pomáha výrobcom automobilov predĺžiť ich dojazd.

Tranzistory SiC umožňujú kompaktnejšie a efektívnejšie systémy napájania železničných vozňov tým, že pracujú pri vyšších napätiach a teplotách a zároveň zvyšujú výkon, čo vedie k zníženiu investičných a prevádzkových nákladov.

Spoločnosť Wolfspeed, ako hlavný dodávateľ výkonových polovodičov so širokou pásmovou medzerou, má odhadovaný objem príležitostí $40 miliárd EUR a naďalej získava design-ins (záväzky zákazníkov na nákup produktov, ktoré sa používajú ako ukazovateľ na predpovedanie dlhodobého dopytu a budúcich príjmov) v rastúcej miere. S cieľom uspokojiť rastúce potreby trhu spoločnosť Wolfspeed rýchlo zvyšuje kapacitu prostredníctvom tovární a zariadení na zelenej lúke, aby uspokojila dopyt zákazníkov.

Automobilový priemysel

Keďže sa čoraz viac výrobcov OEM v automobilovom priemysle orientuje na elektrické vozidlá (EV), výkonová elektronika z karbidu kremíka sa rýchlo implementuje, aby poskytovala vyšší výkon, dlhší dojazd a rýchlejšie nabíjanie - a karbid kremíka by sa mohol stať neoddeliteľnou súčasťou ich stratégie.

Elektrické vozidlá pracujú s viacerými napätiami: pohonný systém, vykurovanie/klimatizácia/okenné výťahy atď. musia byť v reálnom čase napájané z palubnej jednotky DC/DC; zariadenia z karbidu kremíka v tejto jednotke umožňujú prevádzku s vyšším napätím a zároveň sú energeticky účinnejšie a spoľahlivejšie ako ich náprotivky na báze kremíka.

Svetový líder v automobilovom priemysle General Motors si za svojho partnera vybral spoločnosť Wolfspeed. V apríli 2023 obe strany podpísali dohodu Assurance of Supply ProgramTM, ktorá poskytuje dlhodobý prístup k polovodičovým produktom Wolfspeed používaným v budúcich modeloch elektrických vozidiel z jednotky Ultium Drive spoločnosti General Motors.

Spoločnosť Mercedes-Benz používa vo svojich ocenených elektromotoroch a meničoch aj napájacie moduly XM3 z karbidu kremíka od spoločnosti Wolfspeed, ktoré sa vyznačujú veľmi nízkymi spínacími stratami, minimálnym odporom a vysokou hustotou výkonu, čo pomáha maximalizovať účinnosť a zároveň predlžuje životnosť batérie. Moduly vyrábané v najmodernejšej továrni spoločnosti Wolfspeed v Mohawk Valley Fab v Marcy v štáte New York, ktorá sa môže pochváliť najväčším výrobným zariadením na výrobu 200 mm zariadení z karbidu kremíka na svete - čo výrazne zvyšuje ich výrobnú kapacitu - pomáhajú maximalizovať účinnosť a zároveň predĺžiť životnosť batérie pri maximalizácii účinnosti a zároveň predĺžiť životnosť batérie pri súčasnom zvýšení životnosti batérie a zároveň zvýšiť účinnosť - dva kľúčové aspekty na maximalizáciu výkonu batérie, resp. predĺženie životnosti batérie.