Hoy, se han reconocido ampliamente las ventajas de rendimiento que provocan dispositivos de carburo de silicio (SIC) en vehículos eléctricos (EV) y aplicaciones solares fotovoltaicas (PV).Sin embargo, las ventajas de material de SIC también se pueden utilizar en otras aplicaciones, incluido el campo de la protección del circuito.Este artículo revisará el desarrollo de este campo, al tiempo que compara las ventajas y desventajas de los interruptores de circuito de estado sólido (SSCB) implementados por protección mecánica y uso de diferentes dispositivos semiconductores.Al final, este artículo también discutirá por qué los interruptores de circuito de estado sólido SIC son cada vez más favorecidos.

Infraestructura y equipo de energía protectora

El sistema de transmisión y distribución de potencia y el equipo sensible deben protegerse adecuadamente para evitar daños debido a la sobrecarga a largo plazo y el cortocircuito.A medida que el voltaje utilizado por los sistemas de energía eléctrica y los vehículos eléctricos se está volviendo cada vez mayor, la posible corriente de falla máxima es más alta que nunca.Para proporcionar protección para estas altas fallas de corriente, necesitamos una comunicación súper rápida y disyuntores de CC.En el pasado, los interruptores de circuitos mecánicos siempre han sido la principal opción de tales aplicaciones. Sin embargo, a medida que los requisitos de trabajo se están volviendo cada vez más estrictos, los interruptores de circuitos de estado sólido se están volviendo cada vez más populares.En comparación con los interruptores de circuitos mecánicos, los interruptores de circuitos de estado sólido tienen muchas ventajas:

· Estabilidad y confiabilidad: el interruptor mecánico contiene componentes de actividad, por lo que es relativamente fácil dañarse.Esto significa que se dañan fácilmente o se desconectan accidentalmente por el ejercicio, y durante el uso, cada reinicio se desgastará.Por el contrario, los interruptores de circuito de estado sólido no contienen componentes activos, por lo que es más estable y confiable, y no es fácil causar daño accidental. Por lo tanto, se puede desconectar/cerrar repetidamente.

· Flexibilidad de temperatura: la temperatura de trabajo del disyuntor mecánico depende de sus materiales de fabricación, por lo que hay una cierta restricción en la temperatura de trabajo.En contraste, la temperatura de trabajo del disyuntor de estado sólido es más alta y se puede ajustar, por lo que puede adaptarse de manera más flexible a diferentes entornos de trabajo.

· Configuración remota: el interruptor de circuito mecánico debe restablecerse manualmente manualmente después del viaje, lo que puede ser muy afectivo y efectivo, especialmente cuando se implementan múltiples puntos de instalación en una implementación a gran escala, puede haber riesgos de seguridad ocultos.El disyuntor sólido se puede restablecer de forma remota a través de conexiones cableadas o inalámbricas.

· La velocidad del interruptor es más rápida y no genera un arco: el interruptor de circuito mecánico puede producir arcos más grandes y fluctuaciones de voltaje al cambiar, lo suficiente como para dañar el equipo de carga.El disyuntor de estado sólido adopta un método de arranque suave para proteger el circuito de la influencia de estos picos de voltaje inductivo y la corriente de onda capacitiva, y la velocidad de conmutación es mucho más rápida. Solo toma unos pocos milisegundos para cortar el circuito cuando el circuito cuando el circuito ocurre la falla.

· Valor nominal de corriente flexible: el interruptor de circuito de estado sólido tiene un valor nominal de corriente programable, mientras que el interruptor de circuito mecánico tiene un valor nominal de corriente fija.

· Tamaño pequeño y peso más ligero: en comparación con los interruptores de circuitos mecánicos, el interruptor de circuito sólido es más ligero y más pequeño.

Las limitaciones de los interruptores de carretera de estado sólido existentes

Aunque el interruptor de circuito sólido tiene múltiples ventajas en comparación con el interruptor de circuito mecánico, también tienen algunas desventajas, que incluyen el valor nominal de voltaje/corriente, que es limitada, la pérdida de facturación es mayor y el precio es más costoso.En general, para las aplicaciones de CA, los interruptores de circuitos de estado sólido se basan en flores basadas en silicio (TRIAC), y para los sistemas de CC, se basan en MOSFET de plano estándar.TRIAC o MOSFET es responsable de lograr funciones de conmutación, mientras que las unidades de aislamiento de luz se utilizan como componentes de control.Sin embargo, en el caso de la corriente de alta salida, los interruptores de circuito de estado sólido de alta corriente basados ​​en MOSFET deben usar disipadores de calor, lo que significa que no pueden alcanzar el mismo nivel de densidad de potencia que los interruptores de circuitos mecánicos.

Del mismo modo, los interruptores de circuito de estado sólido implementados utilizando la tubería de cristal bipolar de la cuadrícula de aislamiento (IGBT) también deben ser disipadores de calor, porque cuando la corriente excede docenas de amperadores, el voltaje saturado causará pérdida de potencia excesiva.Por ejemplo, cuando la corriente es de 500 amperios, la caída de voltaje de 2 V en IGBT generará una pérdida de potencia de hasta 1000 W.Para el mismo nivel de potencia, ¿Mosfet necesita tener aproximadamente 4 m?A medida que el valor nominal de voltaje del dispositivo en vehículos eléctricos se desarrolla hacia 800V (o incluso más alto), ningún dispositivo único puede lograr este nivel de resistencia.Aunque el número puede estar conectado teóricamente mediante dispositivos paralelos, este enfoque aumentará significativamente el tamaño y el costo de la solución, especialmente cuando la corriente de dos vías debe procesarse.

Use el módulo de potencia SIC para crear el siguiente disyuntor de estado sólido de Generación

En comparación con los chips de silicio, los chips SIC se pueden reducir hasta diez veces bajo las mismas condiciones de resistencia de voltaje nominal y de accionamiento.Además, la velocidad del interruptor del dispositivo SIC es al menos 100 veces más rápida que la de los dispositivos de silicio, y puede funcionar a una temperatura máxima de más del doble de alto que.Al mismo tiempo, SIC tiene una excelente conductividad térmica, por lo que tiene una mejor estabilidad en niveles de corriente altas.Ansonami utiliza estas características de SIC para desarrollar una serie de módulos de potencia de élites, que son bajas a 1,7 m?Estos módulos integran dos a seis MOSFETS SIC en un solo paquete.

La tecnología de chips de sinterización (quemando dos chips independientes en un paquete) puede proporcionar un rendimiento confiable del producto incluso a altos niveles de potencia.Debido al comportamiento de cambio rápido y la alta tasa de orientación térmica, tales dispositivos pueden "ir a la tarjeta" (desconectar el circuito) cuando ocurre la falla, y evitar que la corriente fluya hasta las condiciones de trabajo normales.Tal módulo muestra que se integra cada vez más en múltiples dispositivos SIC MOSFET en un solo paquete para lograr bajos conductores y pequeños tamaños, satisfaciendo así las necesidades de las aplicaciones reales de interruptores de circuitos.Además, AnsonMei también proporciona módulos Elitesic MOSFET y potencia con un rango de voltaje de 650V a 1700V, por lo que estos dispositivos también se pueden usar para crear disyuntores de estado sólido adecuados para aplicaciones familiares, comerciales e industriales de tres fases y tres fases.La cadena de suministro SIC de Ansonmei con integración vertical puede proporcionar productos deficiencia de casi cero. Estos productos han sido pruebas de confiabilidad integrales y pueden satisfacer las necesidades de los fabricantes de interruptores de circuitos de estado sólido.

Figura 1: Cadena de suministro de carburo de silicio (SIC) final de AnsonMei

La siguiente figura muestra la implementación modular del interruptor de circuito de estado sólido. Entre ellos, está conectado a múltiples chips SiC de 1200V y múltiples interruptores en paralelo para lograr efectos de disipación de calor de calor y optimizados de 1200V.Estos módulos totalmente integrados a continuación tienen pines y diseños optimizados, que ayudan a reducir los efectos parásitos, mejorar el rendimiento del cambio y acortar el tiempo de respuesta de falla.Ansonmi proporciona una variedad de carteras de productos del módulo SIC. El voltaje nominal del módulo es de 650V, 1200V y 1700V, y algunos de los módulos tienen una placa inferior, mientras que otros no tienen una placa inferior para satisfacer diferentes requisitos de aplicación y necesidades de eficiencia.

Figura 2: Módulo SIC B2B adecuado para interruptores de circuito de estado sólido -480VAC -200A

HIGO

La tecnología SIC y los interruptores de circuito de estado sólido se desarrollarán juntos

El disyuntor mecánico tiene baja pérdida de potencia y mayor densidad de potencia, y el precio de corriente también es más bajo que el interruptor de circuito de estado sólido.Además, los interruptores mecánicos son fáciles de usar debido al uso repetido, y el reinicio o el reemplazo generarán costoses costos de mantenimiento artificial.Con la creciente popularidad de los vehículos eléctricos, la demanda del mercado de interruptores de circuitos y dispositivos SIC continuará creciendo. Por lo tanto, la competitividad de los costos de esta tecnología de zona amplia aumentará, y su atractivo para la solución de interruptores de circuito de estado sólido continuará para aumentar.Con el progreso continuo de la tecnología SIC y la resistencia del SIC MOSFET independiente, la pérdida de potencia del interruptor de circuito de estado sólido eventualmente alcanzará el nivel comparable al interruptor de circuito mecánico. En ese momento, la pérdida de energía ya no será un problema. .El interruptor de circuito de estado sólido basado en dispositivos SIC tiene las ventajas de la velocidad de conmutación rápida, el arco sin arco y el mantenimiento cero, lo que puede generar un ahorro significativo en los costos, por lo que definitivamente se convertirá en la opción general para el mercado ampliamente.