Los inversores son un componente del sistema de propulsi\u00f3n de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos que a menudo se pasa por alto. Su influencia afecta directamente a su eficiencia, que a su vez influye en la autonom\u00eda de la bater\u00eda y el tiempo de carga.<\/p>\n
Los semiconductores de potencia de carburo de silicio se han convertido r\u00e1pidamente en la opci\u00f3n preferida para los inversores de veh\u00edculos el\u00e9ctricos debido a su rendimiento superior al de los dispositivos de silicio tradicionales. En este art\u00edculo analizamos cinco ventajas clave asociadas al uso de inversores de carburo de silicio.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor compuesto de silicio y carbono que ofrece una excelente estabilidad t\u00e9rmica y qu\u00edmica, con una energ\u00eda de banda prohibida de 3,2 eV superior a la del silicio. Adem\u00e1s, la mayor eficiencia t\u00e9rmica del SiC se traduce en menores p\u00e9rdidas de potencia y una mayor vida \u00fatil.<\/p>\n
Los inversores de SiC son dispositivos utilizados para transformar la corriente continua en alterna, lo que los hace \u00fatiles en la generaci\u00f3n de energ\u00eda solar y la carga de veh\u00edculos el\u00e9ctricos, entre otras aplicaciones. Su mayor eficiencia en comparaci\u00f3n con los inversores convencionales les permite funcionar a tensiones y corrientes m\u00e1s elevadas, al tiempo que ocupan menos espacio y son m\u00e1s ligeros en general que los inversores tradicionales.<\/p>\n
El SiC es un innovador material semiconductor de banda prohibida ancha con altas tensiones de ruptura (VBR) y una resistencia de drenaje a fuente RonS ultrabaja, hasta 300-400 veces inferior a la de los dispositivos de silicio con VBR similares. Los MOSFET de SiC pueden fabricarse depositando s\u00edlice sobre obleas de silicio, dopando su sustrato y creando MOSFET que presentan finas capas de deriva que garantizan la fiabilidad incluso a temperaturas m\u00e1s elevadas.<\/p>\n
La alta capacidad de corriente de puerta es un componente integral de los dispositivos de conmutaci\u00f3n de SiC, ya que permite aislar los controladores de puerta y reducir as\u00ed los costes totales del sistema, mejorar la eficiencia y el rendimiento, eliminar los efectos par\u00e1sitos en los controladores de puerta y disminuir el coste total del sistema. Los controladores de puerta ROHM son compatibles con todas las generaciones de conmutadores de SiC y funcionan a tensiones m\u00e1s altas que los IGBT, con una corriente de puerta m\u00ednima de 3 A; los IGBT normalmente s\u00f3lo alcanzan una corriente de 1-2%. Adem\u00e1s, su mayor frecuencia de conmutaci\u00f3n permite dise\u00f1os de inversores compactos y energ\u00e9ticamente eficientes.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC presentan menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n en condiciones de carga parcial que los dispositivos de silicio tradicionales debido a la reducci\u00f3n de las p\u00e9rdidas de conducci\u00f3n en sus dispositivos, lo que contribuye a disminuir las p\u00e9rdidas de energ\u00eda durante los procesos de conmutaci\u00f3n y, en \u00faltima instancia, se traduce en una mayor eficiencia en las etapas de potencia de los inversores de carburo de silicio.<\/p>\n
El carburo de silicio tiene una conductividad t\u00e9rmica superior a la del silicio, lo que significa que puede soportar temperaturas m\u00e1s altas sin degradarse, lo que da a los dise\u00f1adores m\u00e1s libertad para elegir cu\u00e1ndo y a qu\u00e9 temperaturas utilizar inversores de carburo de silicio; incluso las aplicaciones de alta temperatura, como los inversores de tracci\u00f3n de veh\u00edculos el\u00e9ctricos, podr\u00edan beneficiarse.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC son menos susceptibles a los da\u00f1os causados por el \u00f3xido de la puerta debido a los puntos calientes de los transistores de silicio convencionales, lo que contribuye a prolongar su vida \u00fatil y su rendimiento, una consideraci\u00f3n importante ya que los inversores de potencia deben proporcionar una potencia de alto rendimiento constante.<\/p>\n
La tecnolog\u00eda de carburo de silicio para inversores a\u00fan se enfrenta a varios obst\u00e1culos, el principal de los cuales es el coste. Los semiconductores de potencia de SiC suelen ser m\u00e1s caros que sus equivalentes de silicio; sin embargo, a medida que aumente la demanda de inversores de carburo de silicio, se espera que los costes de producci\u00f3n disminuyan en consecuencia.<\/p>\n
ON Semiconductor colabora estrechamente con fabricantes de veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE) para facilitar su transici\u00f3n a la tecnolog\u00eda de carburo de silicio, incluida la estrecha colaboraci\u00f3n con el equipo Mercedes EQ de F\u00f3rmula E en inversores de potencia de pr\u00f3xima generaci\u00f3n para veh\u00edculos el\u00e9ctricos. Estos inversores mejorar\u00e1n la autonom\u00eda y la aceleraci\u00f3n optimizando la eficiencia de la conversi\u00f3n de potencia en las etapas de potencia del motor.<\/p>\n
El inversor de potencia incorpora un m\u00f3dulo de puente completo que utiliza la tecnolog\u00eda MOSFET de zanja para automoci\u00f3n CoolSiC, optimizada espec\u00edficamente para inversores de tracci\u00f3n de alto voltaje y bajo coste para veh\u00edculos el\u00e9ctricos. Cada m\u00f3dulo ofrece la tensi\u00f3n de bloqueo de 1.200 V que requieren los veh\u00edculos el\u00e9ctricos con bater\u00edas de gran tama\u00f1o, gran autonom\u00eda y tiempos de carga r\u00e1pidos, lo que representa una mejora significativa respecto a los inversores de 600 voltios que se utilizan actualmente en veh\u00edculos similares.<\/p>\n
Los inversores convierten la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). Se utilizan ampliamente en sistemas de conversi\u00f3n de potencia que van desde los sistemas de energ\u00edas renovables y veh\u00edculos el\u00e9ctricos hasta la maquinaria industrial. En la \u00faltima d\u00e9cada, la tecnolog\u00eda de los inversores ha experimentado un r\u00e1pido desarrollo para satisfacer las demandas de mayor densidad de potencia, mayor eficiencia, mayor fiabilidad, reducci\u00f3n del tama\u00f1o y peso de los componentes, as\u00ed como mejoras de rendimiento, como las p\u00e9rdidas de frecuencia de la tensi\u00f3n de conmutaci\u00f3n y la reducci\u00f3n del tama\u00f1o de los componentes. Los inversores de SiC ofrecen mejoras de rendimiento significativas con respecto a las p\u00e9rdidas de frecuencia de tensi\u00f3n de conmutaci\u00f3n, as\u00ed como mejoras de tama\u00f1o y peso de componentes reducidos con respecto a los inversores de generaciones anteriores.<\/p>\n
Los transistores semiconductores de efecto de campo de carburo de silicio (MOSFET), que pueden funcionar a temperaturas mucho m\u00e1s bajas que sus hom\u00f3logos IGBT, ofrecen mayores valores nominales de corriente que permiten magn\u00e9ticos m\u00e1s peque\u00f1os y una menor complejidad en el dise\u00f1o de circuitos, mientras que su construcci\u00f3n m\u00e1s robusta les permite soportar el estr\u00e9s t\u00e9rmico sin fallar.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC presentan una estructura de zanja que facilita el aumento de la densidad de celdas y la reducci\u00f3n de la intensidad de campo del \u00f3xido de puerta para disminuir la p\u00e9rdida de conducci\u00f3n, lo que permite una frecuencia de conmutaci\u00f3n m\u00e1s baja, mejorando as\u00ed la eficiencia y disminuyendo el coste del sistema.<\/p>\n
La conductividad t\u00e9rmica superior del carburo de silicio tambi\u00e9n contribuye a reducir la resistencia par\u00e1sita interna y a estabilizar la estabilidad t\u00e9rmica de los dispositivos, con lo que se reduce significativamente la p\u00e9rdida de energ\u00eda en comparaci\u00f3n con los dispositivos de silicio, haci\u00e9ndolos m\u00e1s eficientes energ\u00e9ticamente en condiciones de plena carga.<\/p>\n
Jing-Jin Electric ha desarrollado su inversor de bater\u00eda para veh\u00edculos el\u00e9ctricos de forma independiente utilizando la m\u00e1s moderna tecnolog\u00eda de carburo de silicio semiconductor de banda ancha. Incorpora una funci\u00f3n de alimentaci\u00f3n auxiliar alimentada por bater\u00edas de coche para mantener una tensi\u00f3n baja de 24 V cuando sea necesario.<\/p>\n
ROHM ofrece una amplia gama de dispositivos semiconductores para aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia. Sus productos incluyen diodos de carburo de silicio, diodos Schottky y MOSFET de superuni\u00f3n para satisfacer distintos niveles de tensi\u00f3n; cada producto est\u00e1 dise\u00f1ado para maximizar el rendimiento ofreciendo densidades de corriente m\u00e1ximas en tama\u00f1os de encapsulado peque\u00f1os con efectos par\u00e1sitos m\u00ednimos, como la inductancia par\u00e1sita.<\/p>\n
Los semiconductores de potencia de SiC mejoran notablemente la fiabilidad de los sistemas de inversores fotovoltaicos. Su uso reduce significativamente la complejidad, el tama\u00f1o y el peso del circuito, al tiempo que ofrece una mayor eficiencia, una mayor vida \u00fatil en entornos dif\u00edciles a tensiones\/corrientes m\u00e1s altas, as\u00ed como un mejor funcionamiento en un rango de temperaturas m\u00e1s amplio, lo que ahorra dinero en costes de equipos de refrigeraci\u00f3n.<\/p>\n
La amplia banda prohibida del carburo de silicio permite a los transistores funcionar a temperaturas y frecuencias m\u00e1s elevadas, lo que se traduce en menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n que con los IGBT o los transistores bipolares, que tienen bandas de funcionamiento relativamente estrechas y est\u00e1n limitados en el rango de frecuencias. Los diodos de barrera Schottky y los MOSFET fabricados con SiC tienen p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n significativamente menores a cualquier frecuencia que los IGBT o los transistores bipolares y pueden funcionar en un rango de temperaturas m\u00e1s amplio.<\/p>\n
El dise\u00f1o de un inversor fotovoltaico con componentes de potencia de SiC requiere tener en cuenta muchos par\u00e1metros de dise\u00f1o. A la hora de planificar el dise\u00f1o de la placa de circuito impreso, tambi\u00e9n hay que dar prioridad al encaminamiento de la potencia, la reducci\u00f3n del ruido, la refrigeraci\u00f3n eficiente y el cumplimiento de los requisitos industriales. Adem\u00e1s, hay que tener en cuenta las normas de compatibilidad electromagn\u00e9tica (CEM) y la normativa de automoci\u00f3n. Para garantizar unos resultados \u00f3ptimos, tambi\u00e9n es vital realizar pruebas exhaustivas e inspecciones de calidad antes de la producci\u00f3n final.<\/p>\n
Los inversores de SiC son la soluci\u00f3n ideal para sistemas fotovoltaicos distribuidos y aplicaciones de almacenamiento de energ\u00eda que requieren una conversi\u00f3n bidireccional de energ\u00eda CC\/CA. Los paneles solares se conectan en cadenas y env\u00edan la energ\u00eda de CC directamente a un \u00fanico inversor que la convierte en electricidad de CA que puede alimentar hogares o empresas. Un inversor de SiC peque\u00f1o y ligero puede instalarse f\u00e1cilmente y trasladarse de un lugar a otro, adem\u00e1s de ser m\u00e1s respetuoso con el medio ambiente que los inversores tradicionales, ya que reduce la huella de carbono y los requisitos energ\u00e9ticos, al tiempo que ahorra costes y tiempo de instalaci\u00f3n.<\/p>\n
Los inversores son componentes clave en los sistemas de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE). Convierten la corriente continua de la bater\u00eda del veh\u00edculo en corriente alterna para alimentar su motor. De este modo, los inversores ayudan a reducir el peso y el tama\u00f1o del veh\u00edculo, al tiempo que mejoran la aceleraci\u00f3n, el rendimiento y la autonom\u00eda, por no hablar de una refrigeraci\u00f3n m\u00e1s eficiente que reduce las emisiones de di\u00f3xido de carbono.<\/p>\n
Los inversores de carburo de silicio son mucho m\u00e1s peque\u00f1os que sus hom\u00f3logos de silicio debido a la reducci\u00f3n de las p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n y a la mayor tensi\u00f3n de ruptura de los dispositivos de SiC, lo que da lugar a longitudes de circuito m\u00e1s cortas que, a su vez, reducen el tama\u00f1o, el coste y el espacio ocupado por un inversor. Adem\u00e1s, su factor de forma compacto permite una integraci\u00f3n perfecta en espacios reducidos.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de potencia CoolSiC XM3 de Wolfspeed ofrecen varias ventajas claras con respecto a los MOSFET de silicio para inversores de potencia con la misma potencia nominal, como ser 60% m\u00e1s peque\u00f1os, con menor volumen total y mejor rendimiento de inductancia de dispersi\u00f3n gracias a su dise\u00f1o integrado de placa fr\u00eda refrigerada por l\u00edquido de microdeformaci\u00f3n.<\/p>\n
La tecnolog\u00eda MOSFET de SiC de tercera generaci\u00f3n de Wolfspeed se optimiza en estos m\u00f3dulos mediante un dise\u00f1o avanzado que maximiza su rendimiento, incluida una estructura MOSFET de zanja para una mayor densidad de celdas, una mayor fiabilidad de las celdas del dispositivo y bajas p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n que permiten un funcionamiento a mayor frecuencia con intensidades de campo de \u00f3xido de puerta reducidas.<\/p>\n
Esta combinaci\u00f3n ha dado lugar a un inversor de alta eficiencia que ofrece mejores prestaciones y fiabilidad que las soluciones tradicionales basadas en silicio. La colaboraci\u00f3n t\u00e9cnica de ON Semiconductor con el equipo de F\u00f3rmula E de Mercedes-EQ ha sido decisiva para desarrollar su inversor de tracci\u00f3n con dispositivos XM3 y aumentar la autonom\u00eda de su tren motriz el\u00e9ctrico. La colaboraci\u00f3n de ON Semiconductor tambi\u00e9n ha permitido avanzar en el sistema de conversi\u00f3n de potencia y aumentar el rendimiento del coche de carreras.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Los inversores son un componente del sistema de propulsi\u00f3n de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos que a menudo se pasa por alto. Su influencia afecta directamente a su eficiencia, que a su vez influye en la autonom\u00eda de la bater\u00eda y el tiempo de carga. Los semiconductores de potencia de carburo de silicio se han convertido r\u00e1pidamente en la opci\u00f3n preferida para los inversores de veh\u00edculos el\u00e9ctricos debido a su rendimiento superior al de los dispositivos de silicio tradicionales. En este art\u00edculo exploramos cinco ...<\/p>\n