Aujourd'hui, les avantages de performance apportés par les dispositifs de carbure de silicium (SIC) dans les applications électriques (EV) et solaires photovoltaïques (PV) ont été largement reconnus.Cependant, les avantages matériels du SIC peuvent également être utilisés dans d'autres applications, y compris le domaine de la protection des circuits.Cet article passera en revue le développement de ce domaine, tout en comparant les avantages et les inconvénients des disjoncteurs de circuit à l'état solide (SSCB) mis en œuvre par la protection mécanique et l'utilisation de différents dispositifs semi-conducteurs.En fin de compte, cet article expliquera également pourquoi les disjoncteurs SIC solides à l'état solide sont de plus en plus favorisés.

Infrastructure et équipement de protection

Le système de transmission et de distribution de puissance et l'équipement sensible doivent être correctement protégés pour éviter les dommages dus à une surcharge à long terme et à un court-circuit.À mesure que la tension utilisée par les systèmes d'alimentation électrique et les véhicules électriques augmente de plus en plus, le courant de défaut maximum possible est plus élevé que jamais.Afin de protéger ces défauts de courant élevé, nous avons besoin d'une communication super rapide et de disjoncteurs CC.Dans le passé, les disjoncteurs mécaniques ont toujours été le principal choix de telles applications. Cependant, à mesure que les exigences de travail deviennent de plus en plus strictes et des disjoncteurs solides de plus en plus populaires.Par rapport aux disjoncteurs mécaniques, les disjoncteurs de l'état solide présentent de nombreux avantages:

· Stabilité et fiabilité: le disjoncteur mécanique contient des composants d'activité, il est donc relativement facile d'être endommagé.Cela signifie qu'ils sont facilement endommagés ou accidentellement déconnectés par l'exercice, et pendant l'utilisation, chaque réinitialisation s'use.En revanche, les disjoncteurs de l'état solide ne contiennent pas de composants actifs, il est donc plus stable et fiable, et il n'est pas facile de causer des dommages accidentels. Par conséquent, il peut être déconnecté à plusieurs reprises / fermé.

· Flexibilité de la température: la température de travail du disjoncteur mécanique dépend de ses matériaux de fabrication, il y a donc une certaine restriction dans la température de travail.En revanche, la température de travail du disjoncteur de l'état solide est plus élevée et peut être ajustée, il peut donc s'adapter de manière plus flexible à différents environnements de travail.

· Configuration à distance: le disjoncteur mécanique doit réinitialiser manuellement manuellement après le voyage, qui peut être très en temps et coûteux, en particulier lorsque plusieurs points d'installation sont déployés sur un déploiement à grande échelle, il peut y avoir des risques de sécurité cachés.Le disjoncteur solide peut être réinitialisé à distance via des connexions câblées ou sans fil.

· La vitesse de l'interrupteur est plus rapide et ne génère pas d'arc: le disjoncteur mécanique peut produire des arcs et des fluctuations de tension plus grands lors de la commutation, suffisamment pour endommager l'équipement de charge.Le disjoncteur de l'état solide adopte une méthode de démarrage en douceur pour protéger le circuit de l'influence de ces pics de tension inductifs et du courant d'onde capacitif, et la vitesse de commutation est beaucoup plus rapide. Il ne faut que quelques millisecondes pour couper le circuit lorsque le circuit lorsque l'échec se produit.

· Valeur nominale de courant flexible: le disjoncteur de circuit solide a une valeur nominale de courant programmable, tandis que le disjoncteur mécanique a une valeur nominale de courant fixe.

· Petite taille et poids plus léger: Par rapport aux disjoncteurs mécaniques, le disjoncteur solide est plus léger et plus petit.

Les limites des disjoncteurs de l'État solide existants

Bien que le disjoncteur solide présente de multiples avantages par rapport au disjoncteur mécanique, ils présentent également des inconvénients, qui incluent la valeur nominale de tension / courant, ce qui est limité, la perte de chiffre d'affaires est plus élevée et le prix est plus cher.Généralement, pour les applications AC, les disjoncteurs à états solides sont basés sur des fleurs à base de silicium (TRIAC), et pour les systèmes CC, ils sont basés sur des MOSFET plan standard.TRIAC ou MOSFET est responsable de la réalisation des fonctions de commutation, tandis que les entraînements d'isolement léger sont utilisés comme composants de contrôle.Cependant, dans le cas d'un courant de sortie élevé, les disjoncteurs à haut niveau basés sur MOSFET doivent utiliser des dissipateurs de chaleur, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas atteindre le même niveau de densité de puissance que les disjoncteurs mécaniques.

De même, les disjoncteurs de l'état solide mis en œuvre en utilisant le tuyau de cristal bipolaire bipolaire (IGBT) de la grille d'isolation doivent également être des dissipateurs de chaleur, car lorsque le courant dépasse des dizaines d'ampères, la tension saturée entraînera une perte de puissance excessive.Par exemple, lorsque le courant est de 500 ampères, la chute de tension 2V sur IGBT générera jusqu'à 1000W une perte de puissance.Pour le même niveau de puissance, MOSFET doit avoir environ 4 m?Comme la valeur nominale de tension de l'appareil dans les véhicules électriques se développe vers 800 V (ou même plus), aucun appareil unique ne peut atteindre ce niveau de résistance.Bien que le nombre puisse être théoriquement connecté par des dispositifs parallèles, cette approche augmentera considérablement la taille et le coût de la solution, en particulier lorsque le courant à deux voies doit être traité.

Utilisez le module SIC Power pour créer le disjoncteur de circuit solide à génération suivante

Par rapport aux puces de silicium, les puces SIC peuvent être réduites jusqu'à dix fois dans les mêmes conditions de tension et de résistance à la conduite.De plus, la vitesse de commutation du dispositif SIC est au moins 100 fois plus rapide que celle des appareils en silicium, et elle peut fonctionner à une température de pointe de plus de deux fois plus élevée.Dans le même temps, le SIC a une excellente conductivité thermique, il a donc une meilleure stabilité à des niveaux de courant élevés.Ansonami utilise ces caractéristiques du SIC pour développer une série de modules de puissance élilisiques, qui sont bas à 1,7 m?Ces modules intègrent deux à six MOSFET SIC dans un seul package.

La technologie des puces de frittage (brûler deux puces indépendantes dans un ensemble) peut fournir des performances de produit fiables même à des niveaux de puissance élevés.En raison du comportement de commutation rapide et du taux de guidage thermique élevé, ces appareils peuvent rapidement et en toute sécurité «accéder à la carte» (déconnecter le circuit) lorsque la défaillance se produit et empêcher le courant de s'écouler jusqu'à des conditions de travail normales.Un tel module montre qu'il est de plus en plus intégré dans plusieurs dispositifs MOSFET SIC dans un seul package pour réaliser de faibles conducteurs et de petites tailles, répondant ainsi aux besoins des applications réelles de disjoncteur.De plus, Ansonmei fournit également des modules de MOSFET et de puissance élilisiques avec une plage de tension de 650 V à 1700 V, de sorte que ces appareils peuvent également être utilisés pour créer des disjoncteurs à états solides adaptés aux applications de famille et de phase à trois phases uniques.La chaîne d'approvisionnement du SIC d'Ansonmei avec une intégration verticale peut fournir des produits de plus zéro carence.

Figure 1: Chaîne d'approvisionnement du carbure de silicium (SIC)

La figure ci-dessous montre la mise en œuvre modulaire du disjoncteur de circuit solide.Ces modules entièrement intégrés ci-dessous ont optimisé les broches et les dispositions, ce qui aide à réduire les effets parasites, à améliorer les performances de commutation et à raccourcir le temps de réponse de défaillance.Ansonmi fournit une variété de portefeuilles de produits de module SIC. La tension nominale du module est de 650 V, 1200 V et 1700 V, et certains des modules ont une plaque inférieure, tandis que d'autres n'ont pas de plaque inférieure pour répondre à différentes exigences d'application et aux besoins d'efficacité.

Figure 2: Module SIC B2B adapté aux disjoncteurs solides-state -480VAC -200A

FIGUE

La technologie SIC et les disjoncteurs de l'état solide se développeront ensemble

Le disjoncteur mécanique a une faible perte de puissance et une densité de puissance plus élevée, et le prix actuel est également inférieur à celui du disjoncteur de l'état solide.De plus, les disjoncteurs mécaniques sont faciles à porter en raison d'une utilisation répétée, et la réinitialisation ou le remplacement générera des coûts de maintenance artificiels coûteux.Avec la popularité croissante des véhicules électriques, la demande du marché pour les disjoncteurs et les appareils SIC continuera de croître. augmenter.Avec la progression continue de la technologie SIC et la résistance du MOSFET SIC indépendant, la perte de puissance du disjoncteur de l'état solide finira par atteindre le niveau comparable au disjoncteur mécanique. À ce moment, la perte de puissance ne sera plus un problème .Le disjoncteur de l'état solide basé sur les appareils SIC présente les avantages de la vitesse de commutation rapide, de l'arc sans arc et de la maintenance zéro, qui peut apporter des économies de coûts importantes, il deviendra donc largement le choix grand public pour le marché.