Nächste Generation neue Energie Motor-Controller-Entwicklung - SiC Wechselrichter

Nächste Generation neue Energie Motor-Controller-Entwicklung - SiC Wechselrichter

In der Elektrofahrzeug-Laufwerk-Controller der Wechselrichter ist eine Schlüsselkomponente für Energie AC/DC Umwandlung und dient zur Rückgewinnung von Energie während der Fahrt oder Abbremsen des Motors. Der Markt verlangt zunehmend für Controller in Bezug auf Energie-Transfer-Effizienz, Leistungsdichte und Preis. Das Powermodul ist die Schlüsselkomponente des Wechselrichters, hoher Wirkungsgrad und hohe Leistungsdichte zu erreichen. Gegenwärtig basieren die meisten Elektro-Fahrzeug-Umrichter auf der traditionellen Si (Silizium) Gerät IGBT (isolierter Gate bipolar Transistor)-Power-Modul. Das Design hat die Nachteile der niedrigen Schaltfrequenz und großen Verlust, der was die Verbesserung der Leistungsdichte des Elektro-Fahrzeug-Fahrer begrenzt.

SiC (Silizium-Karbid) hat drei Vorteile gegenüber Si Geräte: höhere Spannungsfestigkeit Spannung; geringeren Schadens; höhere Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaften bedeuten, dass SiC Geräte in Hochspannung, hohe Schalthäufigkeit, high-Power-Dichte-Anwendungen verwendet werden können. Mit der Verbesserung der SiC werden Modulleistung Herstellung Ebene, SiC eine geeignetere Halbleiteranordnung für Elektrofahrzeug-Treiber. Der Einsatz von SiC-Geräten ist ein wirksames Mittel, hohe Leistungsdichte des Elektro-Fahrzeug-Fahrer zu erreichen. Zur Zeit wurden mehr und mehr Forschungen auf die Anwendung von SiC-Power-Module auf motorische Wechselrichter angewendet. Toyota Motor Corporation hat SiC Leistungsmodule für Hybrid-Fahrzeuge übernommen.

Im Vergleich zu Si-Geräte, hat die Verwendung von SiC-Geräten große Vorteile.

Hohe Effizienz und verbesserte Fahrzeug Kilometerstand

Da der Spannungsabfall Turn-on für die SiIGBT Diode Eigenschaften ausstellt: selbst wenn der Strom gering ist, der IGBT hat einen großen ersten Turn-on Spannungsabfall. Der Turn-on Spannungsabfall von SiC MOSFET weist eine ohmsche Charakteristik: die Turn-on Spannungsabfall ist proportional zum Strom einschalten. Zwei verschiedenen an-Spannungs-Kennlinien von SiIGBT und SiCMOSFET bestimmen, dass die Wärmeleitung Verlust der SiCMOSFET höher als die des SiIGBT nur, wenn der Strom sehr groß ist, und der Wärmeleitung Verlust des SiCMOSFET besser als die der SiIGBT in den meisten aktuellen ist Abständen. In das ganze Fahrzeugzustand sind die meisten von ihnen kleine aktuelle Arbeitsbedingungen und das große Drehmoment die ganze Straße Spektrum Zustand Konten einen geringen Anteil an. Mit der Entwicklung der SiC-Chip-Technologie werden der on-Widerstand des SiCMOSFET besser als SiIGBT in der Zukunft.

Daher kann nach der Verwendung der SiC-Gerät, der Wirkungsgrad des Wechselrichters deutlich verbessert werden damit die SiC-Gerät für den gleichen Akku-Pack, effektiv die Laufleistung des gesamten Fahrzeugs verbessern kann.

Geringe Größe und hohe Leistungsdichte

Durch den geringen Verlust von SiC-Geräte können SiC Geräte die gleiche Ausgangsleistung mit ein kleiner Chipfläche als Si Geräte erreichen. Zum gleichen Zeitpunkt kann SiC Geräte bei hohen Frequenzen, helfen, um die Größe der passiven Komponenten rund um die Vorrichtung zu reduzieren. Der SiC-Wechselrichter von United Electronics entwickelt ist mehr als die Hälfte des Volumens des genehmigten Si Wechselrichters bei gleicher Leistung.

Hoher Schaltfrequenz Systemrauschen optimieren

Derzeit die gemeinsame Schaltfrequenz des Wechselrichters Si ist 5 bis 10 kHz, und das System generiert 5-20kHz Schaltgeräusche, die leicht zu Beschwerden im Frequenzbereich zu verursachen, die vom menschlichen Ohr gehört werden können. Mit dem SiC-Gerät kann durch die Erhöhung der Schaltfrequenz bis 40 kHz Schaltfrequenz Lärm vom System generierte Frequenzbereich überschreiten, der vom menschlichen Ohr gehört werden können. Zur gleichen Zeit wird die Schaltfrequenz erhöht, um die aktuelle Steuerung Obertöne, wodurch elektromagnetische Störungen und verbessern das Fahrerlebnis des Fahrzeugs zu reduzieren.

Aber auch die aktuelle Nutzung der SiC-Geräte stellt eine große Herausforderung.

SiC sind Geräte teurer

Da der aktuelle Prozess der SiC-Chip nicht so ausgereift wie Si ist, vor allem bei 4-Zoll-Wafern, die stoffliche Verwertung ist nicht hoch, und die Si-Chip-Wafer entwickelt wurde, auf 8 Zoll oder sogar 12 Zoll. Auf der anderen Seite die Nachfrage nach SiC-Chips auf dem Markt noch nicht gestiegen, und auf der anderen Seite die Kosten für SiC-Chips ist relativ hoch.

SiC hinkt Gerät Verpackungs-Technologie-Entwicklung

Zur Zeit viele Mainstream-Gerät Energieversorger der Welt erforscht und entwickelt SiC Chips haben, aber dagegen hinkt die Entwicklung der Aufbau-und Verbindungstechnik für SiC-Geräte. Im Vergleich zu Si-Chip, SiC-Chip verfügt über höhere Temperaturbeständigkeit und seine Betriebstemperatur kann mehr als 200 Grad. Jedoch ist die Dichtungstechnik verwendet im SiC-Modul noch mit Si-Modul, und seine Zuverlässigkeit und Lebensdauer nicht 200 Grad erfüllen. Job-Anforderungen. Die Einsatzbedingungen des SiC-Chips sind begrenzt.

Schutz der Antriebstechnik

Im Vergleich mit dem Si-Chip, widerstehen den Kurzschluss Fähigkeit des SiC-Chip stark reduziert wird. Daher, in zu verhindern Kurzschluss Ausfall des SiC Gerätes während des Betriebes, die Ansteuerschaltung benötigt eine geringere Reaktionszeit, die für die Technologie zum Schutz der die Ansteuerschaltung SiC Gerät vorgeschlagen wird. Eine große Herausforderung.

Thermische Auslegung

Da der Bereich von einem Chip SiC klein ist, um hohe Leistung zu erzielen ist es notwendig mehr Chips parallel zu nutzen. Wie erstelle ich vernünftig Layoutgestaltung der Chip im Inneren des Moduls um das thermische Gleichgewicht zwischen den Chips zu gewährleisten und überwachen die Hot-Spot-Temperatur des Chips ist eine große Herausforderung.

EMI und Isolierung Probleme durch hohe Schaltgeschwindigkeit

Im Vergleich zu Si-Geräte, die Schaltgeschwindigkeit von SiC-Geräten deutlich verbessert werden kann und das di/dt und Dv/dt in den Schaltvorgang werden verbessert, obwohl dies hilft, um den Wechsel des Gerätes zu reduzieren, aber auf der anderen Seite wird es ernsthafte EMI produzieren Probleme, wie man richtig Design das Steuerelement Schaltung und Filter-Schaltung, EMI zu unterdrücken auch ein wichtiges Thema ist. Zur gleichen Zeit hohen Dv/dt wirkt sich negativ auf die Isolierung der Motorwicklungen, die die Alterung der isolierenden Teile wie den Lackdraht und isolierende Ring, womit sich neue Herausforderungen auf die Isolierung Design des Motors beschleunigen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen

Der aktuelle Prozess der SiC-Gerät ist, zwar nicht so ausgereift wie Si relativ hinkt die Entwicklung der SiC-Paket und der Preis des Gerätes ist mehrere Male höher als die der Si. Jedoch mit der Laufzeit von Gerätetechnik und der steigenden Nachfrage nach SiC-Geräte auf dem Markt, werden diese Nachteile allmählich geglättet, und SiC-Geräte sind von Natur aus hohe Widerstandsspannung, hohe Schalthäufigkeit, geringe Verlust und so weiter. Die Vorteile bestimmen auch, dass es in Zukunft mehr und mehr allgemein als sehr konkurrenzfähigen Material verwendet werden kann.