Prochaine génération nouvelle énergie développement contrôleur de moteur - inverseur de SiC
Dans le variateur de vitesse de véhicule électrique, l’onduleur est un élément clé pour l’énergie conversion AC/DC et est utilisé pour la récupération d’énergie au cours de la conduite ou le freinage du moteur. Le marché est plus en plus exigeants pour les contrôleurs en termes d’efficacité de transfert d’énergie, densité de puissance et de prix. Le module de puissance est l’élément clé de l’onduleur à haute densité de puissance et l’efficacité de transmission élevée. À l’heure actuelle, la plupart des onduleurs en voiture véhicule électrique est basée sur le module de puissance d’IGBT (transistor bipolaire à grille isolée) Si (silicium) dispositif traditionnel. Le design a les inconvénients de la faible fréquence de commutation et de la grande perte, ce qui limite l’amélioration de la densité de puissance de conducteur électrique.
SiC (carbure de silicium) a trois avantages par rapport aux dispositifs Si : une plus grande force de tension de rupture ; perte inférieure ; conductivité thermique élevée. Ces caractéristiques font que SiC appareils peuvent être utilisés en haute tension, haute fréquence, les applications de densité de puissance élevée de commutation. Avec l’amélioration du carbure de silicium module puissance secteur manufacturier, SiC sera un dispositif semi-conducteur plus approprié pour les conducteurs de véhicules électriques. L’utilisation de dispositifs de SiC est un moyen efficace d’atteindre une densité de puissance élevée des conducteurs de véhicules électriques. À l’heure actuelle, de plus en plus de recherches ont été appliqués à l’application des modules de puissance SiC aux onduleurs motorisé. Toyota Motor Corporation a demandé SiC modules d’alimentation pour véhicules hybrides.
L’utilisation de dispositifs de SiC par rapport aux dispositifs de tr, présente de nombreux avantages.
Rendement élevé et kilométrage des véhicules améliorés
Depuis la chute de tension de mise en route de la SiIGBT présente des caractéristiques de la diode : même si sur le courant est faible, l’IGBT a une chute de tension importante mise en marche initiale. La chute de tension d’allumage de la SiC MOSFET présente une caractéristique résistive : sa chute de tension de mise sous tension est proportionnelle à l’intensité de sa mise en marche. Les deux différentes caractéristiques sur la tension de SiIGBT et SiCMOSFET déterminent que la perte de conduction de SiCMOSFET est supérieure à celui de SiIGBT que lorsque le courant est très grand, et la perte de conduction de SiCMOSFET est meilleure que celle de SiIGBT en courant la plupart intervalles. Dans les conditions de travail d’ensemble du véhicule, la plupart d'entre eux est petites conditions de travail actuelles et le couple de grand comptes de condition pour une faible proportion de travail dans le spectre entier de route. Avec le développement de la technologie de la puce SiC, la résistance de SiCMOSFET sera mieux que SiIGBT à l’avenir.
Donc, après avoir utilisé le dispositif de la SiC, le rendement de conversion de l’onduleur peut être sensiblement amélioré, ainsi que pour la même batterie, l’utilisation de l’appareil de la SiC peut effectivement améliorer le kilométrage du véhicule entier.
Petite taille et densité de puissance élevée
En raison de la faible perte de dispositifs SiC, SiC périphériques peuvent atteindre la même puissance de sortie avec une zone de puce plus petite que les dispositifs de tr. Dans le même temps, SiC appareils peuvent fonctionner à des fréquences élevées, contribuant ainsi à réduire la taille des composants passifs autour du dispositif d’alimentation. L’onduleur SiC développé par United électronique n’est plus de la moitié du volume de l’onduleur Si approuvé le même niveau de puissance.
Fréquence de commutation élevée pour optimiser le système bruyant
À l’heure actuelle, la fréquence de commutation commune d’onduleur tr est 5 à 10 kHz, et le système générera 5-20 kHz, lors de l’allumage, qui est facile à causer de l’inconfort dans la gamme de fréquences peut être entendues par l’oreille humaine. Le dispositif de la SiC, en augmentant la fréquence de commutation à 40 kHz, la fréquence de commutation bruit générée par le système peut dépasser la bande passante qui peut être entendu par l’oreille humaine. Dans le même temps, la fréquence de découpage est augmentée afin de réduire les harmoniques de contrôle actuel, ce qui réduit le bruit électromagnétique et en améliorant l’expérience de conduite du véhicule.
Mais l’utilisation actuelle des dispositifs SiC présente également les grands défis.
SiC périphériques sont plus chers
Étant donné que le processus actuel de puce SiC n’est pas aussi développée que Si, principalement pour plaquettes de 4 pouces, le taux d’utilisation des matériaux n’est pas élevé, et la plaquette de puce Si a été développée à 8 pouces ou même 12 pouces. En revanche, la demande pour les puces de la SiC sur le marché n’a pas encore augmenté, et d’autre part, le coût des puces SiC est relativement élevé.
SiC développement de technologie de conditionnement device à la traîne
À l’heure actuelle, de nombreux fournisseurs de périphérique alimentation traditionnels dans le monde ont étudié et mis au point des puces de SiC, mais en revanche, le développement des techniques d’emballage pour les dispositifs de la SiC à la traîne. En comparaison avec puce Si, SiC puce a une plus grande résistance de la température et sa température de fonctionnement peut dépasser 200 degrés. Cependant, la technologie étanchéitée utilisée dans le module CTI est toujours conçue avec Si le module et sa fiabilité et sa vie ne peut pas répondre à 200 degrés. Exigences de l’emploi. Les conditions d’utilisation de la puce de la SiC sont limitées.
Technologie de protection de voiture
En comparaison avec la puce Si, la tenue aux courts-circuits capacité du CIS puce est considérablement réduite. Par conséquent, dans afin de prévenir la défaillance du dispositif SiC de court-circuit pendant le fonctionnement, le circuit d’entraînement doit avoir un temps de réponse inférieur, qui est proposé pour la technologie de protection de la circuit de commande de dispositif de SiC. Un grand défi.
Dissipation thermique
Étant donné que la superficie d’une seule puce SiC est petite, afin d’atteindre une puissance élevée, il est nécessaire d’utiliser plus de jetons en parallèle. Comment faire un aménagement raisonnable de la puce à l’intérieur du module pour assurer l’équilibre thermique entre les puces et de surveiller la température de point chaud de la puce est un grand défi.
EMI et isolation des problèmes causés par la vitesse de commutation élevée
Par rapport aux dispositifs de Si, la vitesse de commutation de dispositifs SiC peut être sensiblement améliorée et le di/dt et dv/dt dans le processus de commutation sont améliorées, bien que cela aide à réduire les pertes de commutation de l’appareil, mais d’autre part, il va produire IME grave problèmes, comment bien la conception du contrôle circuit circuit et filtre pour supprimer les EMI est aussi une question importante. Dans le même temps, dv/dt haute porte atteinte à l’isolation des enroulements du moteur, ce qui peut accélérer le vieillissement des parties isolantes comme le fil émaillé et la bague isolante, portant ainsi de nouveaux défis à la conception de l’isolation du moteur.
pour résumer
Bien que le processus actuel du dispositif SiC n’est pas aussi développée que Si, le développement du paquet SiC est relativement à la traîne, et le prix de l’appareil est plusieurs fois supérieur à celui de Si. Cependant, avec la maturité de la technologie de l’appareil et la demande croissante d’appareils SiC sur le marché, ces inconvénients seront progressivement lissées et SiC périphériques sont intrinsèquement forte tension, fréquence de commutation élevée, faible perte et ainsi de suite. Les avantages également déterminent qu’il peut être utilisé plus largement comme un matériau très compétitif à l’avenir.
