کاربردهای سیلیکون کاربید

در میان اجزای اصلی وسایل نقلیه الکتریکی، ماژول‌های قدرت خودرو - که عمدتاً از فناوری IGBT استفاده می‌کنند - نقش مهمی ایفا می‌کنند. این ماژول ها نه تنها عملکرد کلیدی سیستم محرک الکتریکی را تعیین می کنند، بلکه بیش از 40٪ از هزینه اینورتر موتور را نیز تشکیل می دهند. با توجه به مزایای قابل توجهکاربید سیلیکون (SiC)بیش از مواد سیلیکونی سنتی (Si)، ماژول‌های SiC به طور فزاینده‌ای در صنعت خودرو پذیرفته شده و ترویج شده‌اند. خودروهای الکتریکی اکنون از ماژول های SiC استفاده می کنند.

حوزه وسایل نقلیه انرژی جدید در حال تبدیل شدن به یک میدان جنگ حیاتی برای پذیرش گسترده استکاربید سیلیکون (SiC)دستگاه ها و ماژول های قدرت سازندگان کلیدی نیمه هادی ها به طور فعال راه حل هایی مانند پیکربندی های موازی SiC MOS، ماژول های کنترل الکترونیکی پل کامل سه فاز و ماژول های SiC MOS درجه خودرو را به کار می برند که پتانسیل قابل توجه مواد SiC را برجسته می کند. ویژگی های توان بالا، فرکانس بالا و چگالی توان بالا مواد SiC باعث کاهش قابل توجهی در اندازه سیستم های کنترل الکترونیکی می شود. علاوه بر این، خواص عالی SiC در دمای بالا توجه قابل توجهی را در بخش خودروهای انرژی جدید به خود جلب کرده است که منجر به توسعه و علاقه شدید می شود.

در حال حاضر، رایج ترین دستگاه های مبتنی بر SiC دیودهای SiC Schottky (SBD) و SiC MOSFET هستند. در حالی که ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) مزایای هر دو MOSFET و ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) را با هم ترکیب می کنند.SiCبه عنوان نسل سوم مواد نیمه هادی با فاصله باند گسترده، عملکرد کلی بهتری را در مقایسه با سیلیکون سنتی (Si) ارائه می دهد. با این حال، بیشتر بحث ها بر روی ماسفت های SiC متمرکز است، در حالی که SiC IGBT توجه کمی را به خود جلب می کند. این نابرابری در درجه اول به دلیل تسلط IGBT های مبتنی بر سیلیکون در بازار با وجود مزایای متعدد فناوری SiC است.

از آنجایی که نسل سوم مواد نیمه هادی با فاصله باند گسترده کشش پیدا می کنند، دستگاه ها و ماژول های SiC به عنوان جایگزین های بالقوه ای برای IGBT ها در صنایع مختلف در حال ظهور هستند. با این وجود، SiC به طور کامل جایگزین IGBT ها نشده است. مانع اصلی پذیرش هزینه است. دستگاه های قدرت SiC تقریباً شش تا نه برابر گران تر از همتایان سیلیکونی خود هستند. در حال حاضر، اندازه ویفر SiC اصلی شش اینچ است که نیاز به ساخت قبلی بسترهای Si دارد. نرخ عیب بالاتر مرتبط با این ویفرها به افزایش هزینه آنها کمک می کند و مزایای قیمتی آنها را محدود می کند.

در حالی که تلاش‌هایی برای توسعه SiC IGBT‌ها انجام شده است، قیمت‌های آن‌ها به طور کلی برای اکثر برنامه‌های کاربردی بازار جذاب نیست. در صنایعی که هزینه آن در درجه اول اهمیت است، مزایای تکنولوژیکی SiC ممکن است به اندازه مزایای هزینه دستگاه های سیلیکونی سنتی قانع کننده نباشد. با این حال، در بخش هایی مانند صنعت خودرو که حساسیت کمتری به قیمت دارند، کاربردهای SiC MOSFET پیشرفت بیشتری کرده اند. با وجود این، ماسفت های SiC واقعاً مزایای عملکردی نسبت به Si IGBT در مناطق خاصی ارائه می دهند. در آینده قابل پیش‌بینی، انتظار می‌رود که هر دو فناوری در کنار هم وجود داشته باشند، اگرچه فقدان انگیزه‌های بازار یا تقاضای فنی فعلی، توسعه IGBT‌های SiC با کارایی بالاتر را محدود می‌کند.

در آینده،کاربید سیلیکون (SiC)انتظار می رود ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) عمدتاً در ترانسفورماتورهای الکترونیک قدرت (PET) اجرا شوند. PET ها در زمینه فناوری تبدیل توان، به ویژه برای کاربردهای ولتاژ متوسط ​​و بالا، از جمله ساخت شبکه هوشمند، یکپارچه سازی اینترنت انرژی، ادغام انرژی های تجدیدپذیر توزیع شده، و اینورترهای کششی لکوموتیو الکتریکی، حیاتی هستند. آنها به دلیل کنترل پذیری عالی، سازگاری با سیستم بالا و عملکرد با کیفیت توان برتر، به رسمیت شناخته شده اند.

با این حال، فناوری PET سنتی با چالش‌های متعددی از جمله راندمان تبدیل پایین، مشکلات در افزایش چگالی توان، هزینه‌های بالا و قابلیت اطمینان ناکافی مواجه است. بسیاری از این مسائل ناشی از محدودیت‌های مقاومت ولتاژ دستگاه‌های نیمه‌رسانای قدرتی است که استفاده از ساختارهای پیچیده سری چند مرحله‌ای را در کاربردهای ولتاژ بالا (مانند مواردی که نزدیک یا بیش از ۱۰ کیلو ولت هستند) ضروری می‌کند. این پیچیدگی منجر به افزایش تعداد اجزای قدرت، عناصر ذخیره انرژی و سلف ها می شود.

برای مقابله با این چالش ها، صنعت به طور فعال در حال بررسی استفاده از مواد نیمه هادی با کارایی بالا، به ویژه SiC IGBT است. به عنوان یک ماده نیمه هادی با گپ باند گسترده نسل سوم، SiC به دلیل قدرت میدان الکتریکی شکست بسیار بالا، گپ باند گسترده، سرعت مهاجرت اشباع الکترون سریع و رسانایی حرارتی عالی، الزامات ولتاژ بالا، فرکانس بالا و کاربردهای توان بالا را برآورده می کند. SiC IGBT در حال حاضر عملکرد استثنایی در محدوده ولتاژ متوسط ​​و بالا (شامل اما نه محدود به 10 کیلو ولت و پایین تر) در حوزه الکترونیک قدرت، به لطف ویژگی های هدایت برتر، سرعت سوئیچینگ فوق العاده سریع، و منطقه عملیاتی ایمن گسترده، نشان داده اند.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدسیلیکون کاربید. اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com