Tehnologija igbt iz silicijevega karbida je zelo obetavna za preoblikovanje elektroenergetskih sistemov s pove\u010danjem u\u010dinkovitosti, zanesljivosti in velikosti. Material s \u0161iroko pasovno vrzeljo veliko u\u010dinkoviteje odvaja toploto in hkrati zanesljivo deluje pri vi\u0161jih temperaturah - poleg tega lahko prenese vi\u0161je napetosti in zagotavlja zanesljivost pri vi\u0161jih temperaturah.<\/p>\n
Pripravljen je bil eksperimentalni sistem, ki je bil uporabljen za merjenje \u010dasov zakasnitve vklopa in izklopa hibridnih energetskih stikal Si-IGBT v pogojih obremenitve RL, rezultati pa ka\u017eejo na manj\u0161e izgube energije pri \u010dasu preklopa.<\/p>\n
Polprevodniki iz silicijevega karbida se pogosto uporabljajo v elektronskih napravah. Med njimi izstopajo silicijevokarbidni mo\u010dnostni tranzistorji MOSFET, pogosto imenovani tudi SiC MOSFET ali FET. V primerjavi s svojimi silicijevimi kolegi imajo precej\u0161nje prednosti pri zmogljivosti na podro\u010dju mo\u010di.<\/p>\n
Pomembna prednost silicijevega karbida v primerjavi s silicijem je njegova ve\u010dja mo\u010d elektri\u010dnega polja, kar omogo\u010da, da imajo MOSFET-i, izdelani iz tega materiala, manj\u0161o upornost v stanju vklopa kot njihovi silicijevi kolegi, kar vodi do manj\u0161ih izgub pri preklopu, ki so \u0161e posebej koristne pri zasnovi elektronskih vezij, kot so napetostni pretvorniki.<\/p>\n
Dodatna prednost je, da je mogo\u010de silicijeve karbidne MOSFET-e izdelati za delovanje pri vi\u0161jih temperaturah kot njihove silicijeve kolegice, kar omogo\u010da ve\u010djo gostoto toka ter hitrej\u0161e vklapljanje in izklapljanje, kar zmanj\u0161uje preklopne izgube in lahko \u0161e dodatno zmanj\u0161a preklopne izgube.<\/p>\n
Napajalne naprave iz silicijevega karbida se pogosto uporabljajo v elektromotornih pogonih. Silicijev karbidni MOSFET-i lahko drasti\u010dno izbolj\u0161ajo zmogljivost z zmanj\u0161anjem preklopnih izgub in pove\u010danjem u\u010dinkovitosti, kar je ena od klju\u010dnih aplikacij silicijevega karbida MOSFET-ov.<\/p>\n
S pove\u010devanjem povpra\u0161evanja po elektromehanskih napravah, kot so stikala, solenoidi in kodirniki, na podro\u010djih, kot sta napredna proizvodnja in elektri\u010dna vozila, se pove\u010duje tudi potreba po pretvorbi digitalnih signalov v fizi\u010dna dejanja. Pretvorba elektri\u010dne energije ima pri tem klju\u010dno vlogo, prebojni dose\u017eki na podro\u010dju mo\u010dnostne elektronike pa lahko mo\u010dno vplivajo na u\u010dinkovitost, mo\u017enost nadzora in delovanje teh naprav.<\/p>\n
Eden od prelomnih dose\u017ekov pri inovacijah na podro\u010dju pretvorbe energije je uporaba silicijevega karbidnega MOSFET-a (SiC MOSFET) namesto silicijevega IGBT-ja (Si IGBT), kar lahko bistveno pove\u010da njihovo zmogljivost, saj omogo\u010da vi\u0161je hitrosti in bolj\u0161i nadzor.<\/p>\n
Dru\u017eba Semikron Danfoss je razvila izbor nadomestnih modulov IGBT iz silicijevega karbida s standardnimi ohi\u0161ji in naprednimi tehnologijami pakiranja, da bi v celoti izkoristili prednosti teh naprav. Eden takih modulov IGBT, serija CIPOS Maxi IPM IM828 na osnovi CoolSiC MOSFET, je industrijsko standardno ohi\u0161je TO-247, ki vklju\u010duje optimiziran \u0161estkanalni gonilnik vrat SOI in \u0161est CoolSiC MOSFET v enem ohi\u0161ju TO-247, kar omogo\u010da nizko komutacijsko induktivnost modula, ki omogo\u010da polno izkori\u0161\u010danje prednosti zmanj\u0161ane upornosti v stanju in preklopnih izgub.<\/p>\n
Silicijev karbid je po u\u010dinkovitosti pretvorbe energije veliko bolj\u0161i od silicija. To je posledica dejstva, da veliko bolje odvaja toploto in prenese vi\u0161je napetosti kot tradicionalne silicijeve komponente - idealno za visokozmogljive energetske aplikacije, kot je \u017eelezni\u0161ka vleka. Poleg tega je silicijev karbid zaradi ve\u010dje vzdr\u017eljivosti primeren za visokonapetostne sisteme, kot je \u017eelezni\u0161ka vleka.<\/p>\n
Silicijev karbid ne pove\u010duje le u\u010dinkovitosti, temve\u010d ponuja tudi dodatne prednosti. Te vklju\u010dujejo manj\u0161e preklopne izgube, manj\u0161e komponente magnetnih filtrov in ve\u010djo zanesljivost, kar oblikovalcem pomaga zmanj\u0161ati velikost in te\u017eo sistema ter stro\u0161ke vzdr\u017eevanja in delovanja. Poleg tega je visoka gostota mo\u010di silicijevega karbida kot nala\u0161\u010d za srednjenapetostne napajalne sisteme, ki \u0161e dodatno zmanj\u0161ujejo prostorske zahteve in stro\u0161ke.<\/p>\n
SiC MOSFET-i so idealni za trde in resonan\u010dne preklopne topologije, z enostavnimi gonilniki pa jih je mogo\u010de krmiliti enako kot IGBT-je ali standardne mo\u010dnostne MOSFET-e. Poleg tega ta tehnologija zagotavlja najve\u010djo u\u010dinkovitost pri preklopnih frekvencah, ki omogo\u010dajo zmanj\u0161anje velikosti sistema in pove\u010danje gostote mo\u010di.<\/p>\n
IGBT iz silicijevega karbida je mogo\u010de optimizirati z izbiro ustreznega vezja za pogon vrat, ki bo zmanj\u0161alo parazitske u\u010dinke med vklopom\/izklopom in izgube energije, povezane s samim preklopom; pomembni so tudi dejavniki, kot so induktivna razpr\u0161enost gonil vrat in izgube energije, povezane s stikali, saj lahko ti dejavniki bistveno spremenijo zmogljivost naprave.<\/p>\n
MOSFET-i iz silicijevega karbida (SiC) zagotavljajo bolj\u0161o kriti\u010dno prebojno mo\u010d, vi\u0161jo preklopno frekvenco in manj\u0161e preklopne izgube kot njihovi kolegi IGBT. Poleg tega te bolj robustne naprave delujejo pri ni\u017ejih temperaturah, kar zmanj\u0161uje velikost, te\u017eo in stro\u0161ke sistema, poleg tega pa so zaradi delovanja pri ni\u017ejih temperaturah in ve\u010dje robustnosti pri prehodnih pojavih, ki so pogosti v srednjenapetostnih napajalnih sistemih, tudi stro\u0161kovno u\u010dinkovitej\u0161e.<\/p>\n
Wolfspeedovi napajalni moduli Gen3 3300 V Bare Die SiC MOSFET so posebej prilagojeni za izpolnjevanje teh strogih standardov in se pona\u0161ajo z vrhunsko zmogljivostjo tako na ravni \u010dipov kot modulov. Zaradi nizke komutacijske induktivnosti so primerni tudi za najzahtevnej\u0161e aplikacije pretvornikov mo\u010di, ki jih najdemo na vlakih in tramvajih, poleg tega pa zagotavljajo tudi optimizacije pakiranja, namenjene zmanj\u0161anju toplotnega upora med \u010dipom in hladilnikom, s \u010dimer se pove\u010da gostota gostote mo\u010di in optimizira u\u010dinkovitost sistema.<\/p>\n
Silicijev karbid (SiC) je napreden polprevodni\u0161ki material, ki se uporablja za izdelavo energetskih naprav. Naprave SiC se uporabljajo v razli\u010dnih aplikacijah, od inverterjev in motorjev do zagotavljanja energije v elektri\u010dnem omre\u017eju. \u010cipi SiC imajo v primerjavi s tradicionalnimi silicijevimi napravami bolj\u0161i preklopni \u010das, zato so primerni za aplikacije za pretvorbo energije, na primer za hitrej\u0161e preklapljanje med procesi pretvorbe energije.<\/p>\n
Napajalne naprave SiC lahko prena\u0161ajo ve\u010dje tokove kot silicijevi MOSFET-i, hkrati pa jih je mogo\u010de vgraditi v manj\u0161e pakete, poleg tega so trajnej\u0161e, odpornej\u0161e na visoke temperature in imajo veliko manj\u0161e preklopne izgube kot njihovi silicijevi kolegi.<\/p>\n
Napajalne naprave SiC imajo \u0161tevilne prednosti, zaradi katerih so idealne za uporabo v razli\u010dnih aplikacijah, od omre\u017enih pretvornikov izmeni\u010dnega toka in enofaznih impulznih testnih sistemov (SPT) do trifaznih pretvornikov in nadomestnih IGBT v obstoje\u010dih pretvornikih, vklju\u010dno z zmanj\u0161animi izgubami mo\u010di in ve\u010djo zanesljivostjo.<\/p>\n
V tem poskusu so bili trije SiC-IGBT napajalni moduli primerjani s tradicionalnimi IGBT napajalnimi moduli za primerjavo zmogljivosti. Rezultati primerjave so pokazali, da imajo moduli SiC-IGBT bistveno manj\u0161e preklopne izgube in ve\u010djo u\u010dinkovitost ter kraj\u0161i \u010das zakasnitve vklopa in manj\u0161i negativni prese\u017eek kot moduli IGBT.<\/p>\n
Napajalni moduli SiC-IGBT so bili podvr\u017eeni obremenitvenim testom z upornostjo 42 ohmov (RL = 42 ohmov, L = 290uH), vklju\u010dno z meritvami trajanja zasuka (\u010das vzpona in padca), prese\u017enega toka in napetosti ter upornosti kolektor-emitor Rceon, ki je bila izmerjena z ro\u010dnim ve\u010dfunkcijskim osciloskopom MICsig, medtem ko sta bili napetost vrat-emitor in njena prese\u017ena napetost pridobljeni s Hantekovimi merilniki s sponkami.<\/p>\n
Napajalne naprave SiC-IGBT, uporabljene v tem poskusu, so imele \u010dase dviga manj kot 261 nanosekund in \u010dase padca pribli\u017eno 617 nanosekund, skupaj z nizkimi ravnmi prese\u017enega toka in majhnimi negativnimi izgubami zaradi prese\u017enega toka, kar je zmanj\u0161alo splo\u0161ne izgube pri preklopu. Poleg tega so se moduli SiC-IGBT izkazali za energetsko u\u010dinkovitej\u0161e od IGBT, ko so delovali pri obremenitvah RL, in sicer zaradi manj\u0161ih upornosti in tokov med vratom in emitorjem v stanju vklopa kot njihovi kolegi IGBT.<\/p>\n
Tranzistorji iz silicijevega karbida imajo zaradi svoje \u0161ir\u0161e pasovne vrzeli izrazite prednosti pred svojimi silicijevimi kolegi. Tranzistorji SiC lahko preklapljajo pri veliko vi\u0161jih frekvencah z manj\u0161imi preklopnimi izgubami za energetsko u\u010dinkovito zasnovo vezja z manj\u0161im odvajanjem toplote in bolj\u0161o toplotno zmogljivostjo, kar omogo\u010da manj\u0161e zasnove vezij z ve\u010djim prihrankom energije in bolj\u0161o toplotno zmogljivostjo.<\/p>\n
To omogo\u010da uporabo ve\u010dje kapacitivnosti vrat, s \u010dimer se pove\u010da gostota mo\u010di. Poleg tega hitrej\u0161i \u010dasi vklopa in izklopa zmanj\u0161ajo izgube; z zmanj\u0161anjem upornosti od kolektorja do emitorja (Rceon) se dodatno izbolj\u0161a u\u010dinkovitost.<\/p>\n
P-kanalni SiC-IGBT je idealen tudi za topologije s trdim in resonan\u010dnim preklopom, kot sta LLC in ZVS, ki zahtevajo visoko blokirno napetost, pri \u010demer ga obstoje\u010di gonilniki zlahka poganjajo, visoke preklopne frekvence pa so enostavno obvladljive, kar omogo\u010da manj\u0161e periferne komponente, ve\u010djo gostoto mo\u010di in ve\u010djo zanesljivost.<\/p>\n
Da bi dokazali bolj\u0161o zmogljivost SiC-IGBT, smo jih za primerjavo primerjali z obi\u010dajnimi silicijevimi napravami v sistemu, ki temelji na AGPU. Izvedeni so bili enofazni in trifazni poskusi za preverjanje njihovih obratovalnih zmogljivosti.<\/p>\n
Pri SiC-IGBT je bilo ugotovljeno, da imajo med tem poskusom bistveno manj\u0161i negativni prese\u017eek kot njihovi silicijevi kolegi, kraj\u0161i \u010das preklopa od vrat do emitorja z manj\u0161im prese\u017ekom in zvonjenjem ter manj\u0161e izgube prevodne mo\u010di.<\/p>\n
Zaradi teh lastnosti je SiC-IGBT odli\u010dna zamenjava za silicijeve naprave v obstoje\u010dih napajalnih sistemih, ki temeljijo na AGPU, \u010deprav bi njegove fizikalne omejitve lahko omejile njegov polni potencial pri tej uporabi.<\/p>\n
Prihodnje naprave bi morale zagotavljati ve\u010djo zmogljivost in u\u010dinkovitost, vendar pa se sedanje naprave \u017ee pona\u0161ajo z visokimi stopnjami obeh lastnosti. Uporaba tehnologije trenutno vklju\u010duje polnjenje baterij za elektri\u010dna vozila, pretvarjanje son\u010dne energije v enosmerni tok, optimizacijo u\u010dinkovitosti stre\u017enikov. To je mogo\u010de dose\u010di z uporabo naprednih postopkov izdelave, ki ustvarjajo MOSFET-e SiC z nizkimi parazitskimi lastnostmi, hkrati pa ponujajo lastnosti, kot so visoka tokovna zmogljivost, nizka upornost pri vklopu in visok pogonski tok vrat; kar omogo\u010da ve\u010djo gostoto mo\u010di ob ni\u017ejih skupnih sistemskih stro\u0161kih.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Tehnologija igbt iz silicijevega karbida je zelo obetavna za preoblikovanje elektroenergetskih sistemov s pove\u010danjem u\u010dinkovitosti, zanesljivosti in velikosti. Material s \u0161iroko pasovno vrzeljo veliko u\u010dinkoviteje odvaja toploto in hkrati zanesljivo deluje pri vi\u0161jih temperaturah - poleg tega lahko prenese vi\u0161je napetosti in zagotavlja zanesljivost pri vi\u0161jih temperaturah. Za ta namen je bil razvit in uporabljen eksperimentalni sistem ...<\/p>\n