Neste generasjon ny energi Motor kontroller utviklingen - SiC Inverter

Neste generasjon ny energi Motor kontroller utviklingen - SiC Inverter

I elektriske kjøretøy stasjonen og kontrolleren, inverter er en nøkkelkomponent for energi AC/DC konvertering og brukes for energigjenvinning under kjøring eller oppbremsing av motoren. Markedet er stadig mer krevende for kontrollere overføring energieffektivitet, tetthet og pris. Strømmodulen er nøkkelen komponenten av inverter å oppnå høy overføring effektivitet og høy tetthet. I dag, er de fleste av elektriske kjøretøy stasjonen vekselrettere basert på tradisjonelle Si (silisium) enheten IGBT (isolert gate bipolare transistoren) power module. Utformingen har ulempene ved lav skifte frekvens og store tap, som begrenser forbedring av tetthet av elektriske kjøretøy driveren.

SiC (silisiumkarbid) har tre fordeler Si enheter: høyere sammenbrudd spenning styrke; lavere tap; høyere varmeledning. Disse egenskapene mener at SiC enheter kan brukes i høy spenning, bytte høy frekvens, høy makt tetthet søknadene. Med forbedring av SiC vil modul kraft produksjon nivå, SiC være en mer passende semiconductor enhet for elektriske kjøretøy drivere. Bruk av SiC enheter er en effektiv måte å oppnå høy tetthet av elektriske kjøretøy drivere. I dag, er flere og flere forskere brukt på anvendelse av SiC effektmoduler til motordrevet vekselrettere. Toyota Motor Corporation har brukt SiC effektmoduler hybridbiler.

Sammenlignet med Si enheter, har bruk av SiC enheter store fordeler.

Høy effektivitet og bedre kjørelengde

Siden turn-on spenningsfall av SiIGBT utstillinger diode egenskaper: selv om nåværende er liten, IGBT er en stor første turn-on spenningsfall. Turn-on spenningsfall SiC MOSFET utstillinger en resistiv karakteristisk: sin turn-on spenningsfall er proporsjonal med turn-on gjeldende. De to forskjellige på-spenning karakteristikkene av SiIGBT og SiCMOSFET bestemme at ledning tap av SiCMOSFET er høyere enn SiIGBT bare når gjeldende er veldig stort og ledning tap av SiCMOSFET er bedre enn SiIGBT i oppdatert intervaller. I stand for hele bilen er de fleste av dem små gjeldende arbeidsforhold og store dreiemomentet arbeider tilstand kontoer for en liten del i hele veien spekteret. Med utviklingen av SiC chip teknologi, vil på motstanden av SiCMOSFET være bedre enn SiIGBT i fremtiden.

Derfor etter benytter SiC enheten, kan konvertering effektiviteten av inverter bli betydelig forbedret, slik at for samme batteripakken, bruk av SiC enheten kan effektivt forbedre kilometerstand på hele bilen.

Liten størrelse og høy tetthet

På grunn av lave tap av SiC enheter, kan SiC enheter oppnå den samme utgangseffekt med et mindre chip område enn Si enheter. Samtidig operere SiC enheter ved høye frekvenser, bidrar til å redusere størrelsen på passiv komponentene rundt strøm enheten. SiC inverter utviklet av United elektronikk er mer enn halvparten av antall godkjente Si inverter på samme makt nivå.

Høy skifte frekvens å optimalisere systemet støy

I dag den vanlige bytte Si inverter er 5-10 kHz, og systemet vil generere 5-20 kHz veksling støy, som er lett å forårsake ubehag i frekvensområdet som kan bli hørt av det menneskelige øret. SiC-enhet, kan av øker veksling frekvensen til 40 kHz, veksling støy frekvensen generert av systemet overskride frekvensområdet som kan bli hørt av det menneskelige øret. Samtidig øker veksling frekvensen for å redusere den gjeldende kontroll harmonics, og dermed redusere elektromagnetisk støy og forbedre kjøreopplevelsen av kjøretøyet.

Men den nåværende bruken av SiC enheter gir også store utfordringer.

SiC er enheter dyrere

Siden gjeldende SiC chip prosessen ikke er så eldre som Si, hovedsakelig for 4-tommers wafere, materielle utnyttelsesraten er ikke høy, og Si chip kjeks er utviklet til 8 tommer eller enda 12 inches. På den annen side, etterspørselen etter SiC chips på markedet har ennå ikke økt, og på den annen side, kostnaden for SiC chips er relativt høy.

SiC henger enhet emballasje teknologiutvikling etter

I dag, mange mainstream enheten kraftleverandørene verden har forsket på og utviklet SiC sjetonger, men derimot utviklingen av å emballere teknologi for SiC enheter henger etter. Sammenlignet med Si chip, SiC chip har høyere temperaturmotstand og dens driftstemperatur kan overstige 200 grader. Men tetting teknologien som brukes i SiC-modulen er fremdeles designet med Si modul, og pålitelig og livet kan ikke møte 200 grader. Jobbkrav. Programmet betingelsene til SiC chip er begrenset.

Beskyttelse teknologi

Sammenlignet med Si chip, tåle kortslutning evnen til SiC chip er sterkt redusert. Derfor, i for å unngå kortslutning svikt i SiC enheten under operasjonen, drivkretsen må ha et lavere responstid, som er foreslått for beskyttelse teknologi av SiC enheten stasjonen krets. En stor utfordring.

Termisk design

Siden en enkelt SiC-brikke er liten, for å oppnå høy effekt, er det nødvendig å bruke flere sjetonger parallelt. Hvordan lage rimelig layout design av chip inne i modulen å sikre termisk balansen mellom chips og temperaturen aktiveringspunkt på brikken er en stor utfordring.

EMI og isolasjon problemer forårsaket av bytte høyhastighets

Sammenlignet med Si enheter, bytte hastighet SiC enheter kan bli betydelig bedre, og di/dt og dv/dt i bytte prosessen er forbedret, selv om dette bidrar til å redusere veksling tap av enheten, men derimot vil produsere alvorlig EMI problemer, hvordan du riktig design kontrollen krets og filter krets å undertrykke EMI er også en viktig sak. Samtidig påvirker høy dv/dt negativt isolering av motoren viklingene, som kan akselerere aldring av isolerende delene som emaljert ledningen og isolerende ringen, dermed gir nye utfordringer i isolasjon utformingen av motoren.

for å oppsummere

Gjeldende SiC enheten prosessen ikke er så eldre som Si, utviklingen av SiC pakken er relativt henger og prisen på enheten er flere ganger høyere enn Si. Men med modenheten av enheten teknologi og den økende etterspørselen etter SiC anordninger på markedet, vil disse ulempene være gradvis glattet ut og SiC enheter er iboende høy tåle spenning, høy bytte frekvens, lave tap og så videre. Fordelene også bestemme at det kan brukes mer allment som meget konkurransedyktige materiale i fremtiden.