I dag er de ydelsesfordele, der er anlagt af siliciumcarbid (SIC) enheder i elektriske køretøjer (EV) og solcelleanlæg (PV) applikationer, blevet bredt anerkendt.Imidlertid kan SICs materielle fordele også bruges i andre applikationer, herunder området med kredsløbsbeskyttelse.Denne artikel vil gennemgå udviklingen af ​​dette felt, samtidig med at man sammenligner fordele og ulemper ved solide -state -strømafbrydere (SSCB) implementeret ved mekanisk beskyttelse og brug af forskellige halvlederenheder.I sidste ende vil denne artikel også diskutere, hvorfor SIC -faste -state -afbrydere i stigende grad favoriseres.

Beskyttende effektinfrastruktur og udstyr

Kraftoverførslen og distributionssystemet og følsomt udstyr skal beskyttes korrekt for at forhindre skader på grund af langvarig overbelastning og kortslutning.Da den spænding, der bruges af elektriske kraftsystemer og elektriske køretøjer, bliver højere og højere, er den mulige maksimale fejlstrøm højere end nogensinde før.For at yde beskyttelse af disse høje nuværende fejl har vi brug for superhurtig kommunikation og DC -afbrydere.Tidligere har mekaniske afbrydere altid været det vigtigste valg af sådanne applikationer. Efterhånden som arbejdskravene bliver mere og strengere, bliver solide -state -afbrydere mere og mere populære.Sammenlignet med mekaniske afbrydere har faste circuit -breakers mange fordele:

· Stabilitet og pålidelighed: Den mekaniske afbryder indeholder aktivitetskomponenter, så det er relativt let at blive beskadiget.Dette betyder, at de let er beskadiget eller ved et uheld afbrudt ved træning, og under brug vil hver nulstilling bære.I modsætning hertil indeholder faste circuit -afbrydere ikke aktive komponenter, så det er mere stabilt og pålideligt, og det er ikke let at forårsage utilsigtet skade. Derfor kan det gentagne gange frakobles/lukkes.

· Temperaturfleksibilitet: Arbejdstemperaturen for den mekaniske afbryder afhænger af dets fremstillingsmateriale, så der er en vis begrænsning i arbejdstemperaturen.I modsætning hertil er arbejdstemperaturen for den faste statusafbryder højere og kan justeres, så den kan mere fleksibelt tilpasse sig forskellige arbejdsmiljøer.

· Fjernkonfiguration: Den mekaniske afbryder skal manuelt nulstille manuelt efter turen, hvilket kan være meget tid -forespørgsel og omkostningseffektive, især når flere installationspunkter er implementeret på stor -skala -installation, kan der være skjulte sikkerhedshøer.Den faste strømafbryder kan nulstilles fjernt gennem kablede eller trådløse forbindelser.

· Switchhastigheden er hurtigere og genererer ikke en bue: Den mekaniske afbryder kan producere større buer og spændingsvingninger, når de skifter, nok til at skade belastningsudstyret.Den faste statusafbryder vedtager en blød start -op -metode til at beskytte kredsløbet mod påvirkningen af ​​disse induktive spændingstoppe og kapacitiv bølgestrøm, og skifthastigheden er meget hurtigere. Det tager kun et par millisekunder at skære kredsløbet, når kredsløbet er svigt opstår.

· Fleksibel strøm nominel værdi: Den faste statusafbryder har en programmerbar strøm -nominel værdi, mens den mekaniske afbryder har en fast strøm -nominel værdi.

· Lille størrelse og lettere vægt: Sammenlignet med mekaniske afbrydere er den faste strømafbryder lettere og mindre.

Begrænsningerne i eksisterende faste site -vejafbrydere

Selvom den faste strømafbryder har flere fordele sammenlignet med den mekaniske afbryder, har de også nogle ulemper, som inkluderer den spænding/strøm, der er nominel, som er begrænset, omsætningstabet er højere, og prisen er dyrere.Generelt for AC -applikationer er faste circuit -breakers generelt baseret på siliciumbaserede blomster (TRIAC), og for DC -systemer er de baseret på standardplan MOSFET'er.TRIAC eller MOSFET er ansvarlig for at opnå switching -funktioner, mens lette isoleringsdrev bruges som kontrolkomponenter.I tilfælde af høj outputstrøm er MOSFET -baserede høje -strøm -faste stof -strømafbrydere imidlertid nødt til at bruge køleplade, hvilket betyder, at de ikke kan nå det samme effekttæthedsniveau som mekaniske afbrydere.

Tilsvarende skal faste stoffer af strømafbrydere implementeret ved hjælp af isoleringsnettet bipolært krystalrør (IGBT) også være køleplade, for når strømmen overstiger snesevis af ampere, vil den mættede spænding forårsage overdreven effekttab.For eksempel, når strømmen er 500 amp, vil 2V -spændingsfaldet på IGBT generere op til 1000W strømtab.For det samme effektniveau skal MOSFET have ca. 4 m?Da den spændingsklassificerede værdi af enheden i elektriske køretøjer udvikler sig mod 800V (eller endnu højere), kan ingen enkelt enhed opnå dette modstandsniveau.Selvom antallet teoretisk er forbundet med parallelle enheder, vil denne fremgangsmåde markant øge størrelsen og omkostningerne til løsningen, især når den to -vejs strøm skal behandles.

Brug SIC Power -modulet til at oprette den næste -generation af fast -state -afbryder

Sammenlignet med siliciumchips kan SIC -chips reduceres med op til ti gange under den samme nominelle spændings- og drivmodstandsbetingelser.Derudover er SIC -enhedens switchhastighed mindst 100 gange hurtigere end den på siliciumenheder, og den kan fungere ved en spidstemperatur på mere end dobbelt så høj som den.På samme tid har SIC fremragende termisk ledningsevne, så den har bedre stabilitet ved høje strømniveauer.Ansonami bruger disse egenskaber ved SIC til at udvikle en række elitesiske strømmoduler, som er lave til 1,7 m?Disse moduler integrerer to til seks SIC MOSFET'er i en enkelt pakke.

Sintring Chip Technology (brændende to uafhængige chips i en pakke) kan give pålidelig produktydelse, selv ved høje effektniveauer.På grund af den hurtige skiftende opførsel og den høje termiske vejledning kan sådanne enheder hurtigt og sikkert "gå til kortet" (afbryd kredsløb), når fejlen opstår, og forhindrer strømmen i at flyde indtil normale arbejdsvilkår.Et sådant modul viser, at det i stigende grad integreres i flere SIC MOSFET -enheder i en enkelt pakke for at opnå lavledere og små størrelser og derved imødekomme behovene for faktiske afbryderapplikationer.Derudover leverer Ansonmei også elitesiske MOSFET- og strømmoduler med et spændingsområde fra 650V til 1700V, så disse enheder kan også bruges til at skabe faste contrafbrydere, der er egnede til enkeltfase og tre -fase familie-, kommercielle og industrielle anvendelser.Ansonmeis SIC -forsyningskæde med lodret integration kan give næsten nul -mangel -produkter. Disse produkter har været omfattende pålidelighedstest og kan imødekomme behovene hos producenter af faste stoffer.

Figur 1: Ansonmeis komplette ende -til -end siliciumcarbid (SIC) forsyningskæde

Figuren nedenfor viser den modulære implementering af den faste statusafbryder. Blandt dem er det forbundet til flere 1200V SIC -chips og flere switches parallelt for at opnå ekstremt lave RDSON og optimerede varmeafledningseffekter.Disse fuldt integrerede moduler nedenfor har optimerede stifter og layouts, som hjælper med at reducere parasitiske effekter, forbedre switching -ydelsen og forkorte svigtens responstid.Ansonmi leverer en række SIC -modulproduktporteføljer. Den nominelle spænding af modulet er 650V, 1200V og 1700V, og nogle af modulerne har en bundplade, mens andre ikke har nogen bundplade til at imødekomme forskellige applikationskrav og effektivitetsbehov.

Figur 2: SIC B2B -modul, der er egnet til faste -state -afbrydere -480VAC -200A

Fig

SIC -teknologi og solid -state -afbrydere vil udvikle sig sammen

Den mekaniske strømafbryder har lavt effekttab og højere effekttæthed, og den aktuelle pris er også lavere end den faste statusafbryder.Derudover er mekaniske afbrydere lette at have på grund af gentagen brug, og nulstilling eller udskiftning vil generere dyre kunstige vedligeholdelsesomkostninger.Med den stigende popularitet af elektriske køretøjer vil markedets efterspørgsel efter afbrydere og SIC -enheder fortsætte med at forøge.Med den kontinuerlige fremskridt inden for SIC -teknologi og modstanden for den uafhængige SIC MOSFET, vil strømtabet af den faste statusafbryder til sidst nå det niveau, der kan sammenlignes med den mekaniske afbryder. På det tidspunkt vil strømtab ikke længere være et problem .Den faste statskredsløb, der er baseret på SIC -enheder, har fordelene ved hurtig skifthastighed, bue ingen bue og nulvedligeholdelse, hvilket kan medføre betydelige omkostningsbesparelser, så det vil bestemt blive mainstream -valget for markedet bredt.