SIC+SI смешанный инвертор слияния углерода · Анализ панорамы от концепции к системному решению реализации

Введение: с быстрым развитием технологий электромобилей, инновациями и оптимизации энергетических устройств стало ключевыми факторами для прогресса в отрасли. Технология мультиновичной гибридной инверторной технологии SIC (кремниевый карбид) и Si (кремний), как инновационное достижение, постепенно повышает известность в секторе электромобилей.

I: Какой инвертор нужен рынку?

1. Тенденция развития электромобилей Китая и энергетический полупроводник спрос

Рынок электромобилей Китая вошел в фазу взрывного роста, став ключевым фактором в глобальном переходе к новой энергии. Как показано на таблице ниже, продажи выросли с десятков тысяч до 12,87 млн. Единиц за десятилетие с 2013 по 2024 год, обусловленные политической поддержкой, повышенной экологической осведомленностью потребителей и технологическими достижениями. Пассажирские транспортные средства продолжают видеть свою долю рынка в электромобилях, когда к 2024 году приходится к 2024 году на электромобилях, на которые приходится 40,9% продаж автомобилей. Рынок переходит от политических инициатив к росту, вызванному спросом, при этом принятие потребителей достигает беспрецедентных уровней.

В сегменте рынка PHEV и REEV достигли 84,69% темпов роста за последние два года. Их функция «Гибкая зарядка»-использование чистого электрического режима для городских поездок, чтобы сократить расходы при использовании зарядки с топливом для дальнейших поездок для облегчения тревоги в диапазоне-предполагает разнообразные пользовательские сценарии. Что касается платформ напряжения, доля рынка высоковольтных платформ 800 В выросла с 2% в 2022 году до 15% к 2025 году. Из-за быстрой возможности зарядки (более 300 кВт) и значительных повышений энергоэффективности, это эффективно отвечает требованиям транспортных средств премий.

Поскольку потребности потребителей в электромобиле становятся все более разнообразными, существует все больше предпочтений «большего места в салоне» и «более сильной мощности». Эта тенденция стимулирует эволюцию силовых агрегатов к тому, чтобы быть «меньшим, более мощным, более эффективным и более рентабельным». После анализа рыночных тенденций, как ключевые показатели производительности инверторов - ценные компоненты в электроприводах - развивались? Давайте рассмотрим дорожную карту для инверторЭволюция KPI в деталях.

2: Дорожная карта развития инвертора KPI:

В качестве критического компонента в электромобилях тяговые инверторы напрямую определяют выходную мощность автомобиля, энергоэффективность и опыт вождения. Оптимизация их производительности стала жизненно важной стратегией для автопроизводителей и поставщиков для повышения конкурентоспособности. Давайте рассмотрим ключевые KPI инверторов: эффективность затрат, плотность мощности и эффективность цикла. Каковы текущие тенденции развития в этих областях?

На приведенной ниже диаграмме показана изменяющаяся тенденция KPI CORE Inverter Core с 2019 по 2027 год. Через «Инвертор KPI Roadap» мы можем четко захватить:

■ Стоимость: с 2019 года цена SI IGBT снизилась на 65%, а цена SIC снизилась в определенной степени, но она все еще примерно в 2,5-3 раза дороже, чем Si IGBT.

■ Плотность мощности: кривая плотности мощности инвертора показывает тенденцию к повышению, от 37 кВт/л в 2019 году до 100 кВт/л в 2027 году, что помогает достичь более компактных и эффективных конструкций инвертора.

■ Эффективность CLTC-P: ожидается, что кривая эффективности SIC увеличится с 95,8% в 2019 году до 99,2% в 2027 году; Эффективность Si также улучшена, но она всегда ниже, чем в SIC.

3. Каковы факторы, которые влияют на изменения этих KPI? Есть несколько основных аспектов (следующие точки фокуса):

■ Разработка технологии интеграции: включая интеграцию IC, механическую интеграцию, пониженные соединения и т. Д. -> помогает упростить структуру системы, уменьшить ненужные потери энергии и помехи сигнала, тем самым снижая затраты, повышая надежность системы и плотность мощности

■ Стабильность и оптимизация цепочки поставок: эффект масштаба, внутренний конструкция, локальное предложение и другие факторы могут эффективно контролировать затраты и обеспечить стабильное снабжение компонентов; Расширяя производственную шкалу и оптимизацию макета цепочки поставок, стоимость компонентов SIC и SI может быть снижена

■ Инновационные подходы: такие как встраивание чипов в конфигурации PCB, программные алгоритмы (например, DPWM, управление квадратными волнами, оптимизация частоты носителей, управление наклонами), технология SI/SIC в следующем поколении, индуктивная упаковка индуктивных веществ и макет, интегрированные энергоснабжения, трехуровневые препараты, которые улучшают производительность, обеспечивают эффективность работы в обеспечении эффективности. Таким образом, мы можем понять, что скачок производительности инверторов проистекает из технологии силовых устройств, развивающихся от «одноточечных прорывов» к «системной синергии»: крупномасштабного снижения затрат на IGBT на основе SI, эффективный прорыв SIC и синергию различных инновационных технологий коллективно составляет «трехмерную конкурентоспособность». В этой трансформации тот, кто достигнет «тройной оптимизации» в стоимости, эффективности и интеграции, воспользуется инициативой в системах привода электромобилей и приведет отрасль к более высокой стадии.

II: топология гибридного переключателя Si/SIC

Гибридный переключатель состоит из Si IGBT и SIC MOSFET параллельно. Благодаря разумному дизайну топологии и стратегии вождения преимущества обоих являются дополнительными. Следовательно, определение дизайна структуры топологии имеет решающее значение!

Эта топология не только повышает способность к текущей несущейся коммутационной устройства, но также снижает потери проводимости и переключения, тем самым повышая общую производительность и эффективность системы. Следовательно, важно анализировать различные топологии и изучить реальные приложения гибридных переключателей в инверторах, чтобы продемонстрировать их значительное влияние на повышение эффективности и надежности инвертора.

Характеристики устройства смешанного переключателя Si/SIC

После изучения различных топологий гибридного привода этот анализ будет сосредоточен на конфигурациях SI IGBT и SIC MOSFET для детализации технического подхода. Давайте начнем с понимания трех фундаментальных вопросов: каковы характеристики переключения Si IGBT в сочетании с SIC MOSFET? Что делает эти характеристики уникальными? И как мы можем использовать их индивидуальные сильные стороны для достижения оптимальной производительности?

Характеристики проводимости: из -за их отдельных физических структур IGBT и SIC MOSFET демонстрируют различные кривые характеристики вывода, как показано на рисунке ниже. SIC MOSFET демонстрируют более резистивные характеристики проводимости, в то время как IGBT оснащены выраженным поведением напряжения колена (напряжение колена). Это техническое различие проявляется как различные характеристики потери проводимости между двумя устройствами:

При низком токе SIC MOSFET имеет меньше потерь; Когда ток большой (над точкой пересечения кривой), IGBT имеет меньше потерь.

Характеристики проводимости IGBT и SIC MOSFET

Характеристики переключения: IGBT - это биполярное устройство, и рекомбинация носителей меньшинств определенно приведет к тому, что он будет выключен, когда оно будет выключено, что приведет к плохим характеристикам потери переключения. Тем не менее, SIC MOSFET имеет более высокую скорость переключения и без зацепленного тока, поэтому его потеря переключения имеет очевидные преимущества по сравнению с IGBT

В заключение, устройства SIC MOSFET не имеют огромных преимуществ производительности при всех условиях нагрузки. Легко понять, что при выборе между SIC Mosfet и Si Igbt необходимо учитывать точку безубыточности.

Три: стратегия управления синхронизацией и управления гибридным переключателем

Как только у нас появится глубокое понимание характеристик устройства и правильного способа применения их на системном уровне, следующий шаг - рассмотреть вопрос о том, как реализовать эти идеи дизайна? Есть три ключевых вопроса: текущее соотношение, управление синхронизацией и стратегия управления.

1. Коэффициент тока по существу адресуется: как максимизировать выходные возможности переключателей питания при обеспечении их безопасной работы? Используя устройства Infineon 1200V в качестве тематического исследования, этот анализ демонстрирует фактические характеристики переключения четырех гибридных устройств на параллельной параллельной тестовой платформе с двумя трубками. Результаты показывают, как текущая емкость влияет на распределение при различных коэффициентах гибридного тока, а также рассматривает безопасную эксплуатационную диапазон устройств.

2. Подробное описание характеристик устройства Si/SIC: 2.5 Оптимальные потери при асинхронном переключении

Управление по уходу за собой является критическим компонентом в конструкции гибридного переключателя Si/SIC. Точно точно управляя временем переключения Si IGBT и SIC MOSFET, мы можем достичь переключения нулевого напряжения (ZVS) в IGBT, тем самым значительно уменьшив потери переключения. Ключевые вопросы: как оптимизировать потери гибридного переключателя с помощью асинхронных стратегий переключения? Каковы различные режимы переключения (выбор времени переключения)? Как различные задержки включения и отключения влияют на потери в штате и вне штата в гибридных переключателях? Это критические аспекты, которые мы должны решить.

Наконец, мы представим несколько инновационных гибридных водителей, доступных на рынке, которые обеспечивают синхронную или асинхронную работу SIC Mosfets и Si Igbts при включении расширенных возможностей управления временем. Динамически регулируя время задержки включения/выключения и приоритетные последовательности в режиме реального времени, эти ICS оптимизирует производительность переключения между гибридными устройствами, тем самым повышая эффективность и надежность системы.

Заключение

Как видно из вышеуказанного введения, чтобы полностью и систематически понять техническое направление гибридного полупроводника SIC-SI Power, наша общая идея состоит в том, чтобы предпринять три шага.

Шаг 1: Начните с самых основных компонентов. Сначала понимайте их глубоко, а затем обсудите: каковы их индивидуальные характеристики? Как они работают параллельно? Как мы можем использовать характеристики этих компонентов для оптимизации производительности системы?

Шаг 2: После понимания характеристик и производительности устройства в различных режимах переключения мы переходим к уровню инвертора. Опираясь на наш анализ на уровне устройства, в этом разделе рассматривается, как максимизировать характеристики выходных транзисторов посредством оптимизированных соотношений SIC/SI и стратегий привода, адаптированных к условиям применения, при этом повышая эффективность системы и снижение потери мощности. Как мы можем в полной мере использовать возможности CARRY-CARRING SIC MOSFET и SI IGBT в различных условиях нагрузки для достижения оптимального баланса между эффективностью и производительностью?

Часть III: Получив тщательное понимание характеристик устройства и подходов к приложению на уровне системы, следующий критический вопрос-как реализовать эти концепции проектирования. В этом разделе будет рассмотрено, как достичь эффективной работы гибридных силовых устройств SIC-SI с помощью хорошо продуманных стратегий управления и архитектур схемы драйверов, сосредоточив внимание на ИКС драйверов и конструкции схемы.

В конечном счете, критический вопрос остается: каковы практические приложения и будущие перспективы гибридных переключателей Si/SIC в электромобилях? По мере того, как рынок EV продолжает расширяться, а новые энергетические технологии продвигаются, спрос на высокоэффективность, высокую плотность и высокопроизводительные устройства переключения будет продолжать расти. Благодаря их превосходным преимуществам производительности и затрат гибридные переключатели SI/SIC могут вскоре стать доминирующим решением по переключению, вводя свежий импульс в инновации в продуктах и ​​технологические обновления.