Manapság széles körben elismerték a szilícium -karbid (SIC) eszközök által az elektromos járművek (EV) és a napenergia -fotovoltaikus (PV) alkalmazások által hozott teljesítménynövekedéseket.A SIC anyagi előnyei azonban más alkalmazásokban is felhasználhatók, ideértve az áramkörvédelem területét is.Ez a cikk felülvizsgálja ennek a mezőnek a fejlődését, miközben összehasonlítja a szilárdtest -megszakítók (SSCB) előnyeit és hátrányait, amelyeket a különböző félvezető eszközök mechanikai védelme és használata hajtott végre.Végül ez a cikk azt is megvitatja, hogy a SIC Solid -State megszakítókat egyre inkább kedvelik.

Védőteljesítmény -infrastruktúra és berendezések

Az energiaátviteli és elosztó rendszert és az érzékeny berendezéseket megfelelően kell védeni, hogy megakadályozzák a hosszú távú túlterhelés és a rövidzárlat miatti károkat.Mivel az elektromos energiarendszerek és az elektromos járművek által használt feszültség egyre magasabb, a lehetséges maximális hibaáram magasabb, mint valaha.Annak érdekében, hogy védelmet nyújtsunk ezeknek a nagyáramú hibáknak, szuper gyors kommunikációra és DC megszakítókra van szükségünk.A múltban a mechanikus megszakítók mindig is voltak az ilyen alkalmazások fő választása. Mivel azonban a munkakövetelmények egyre szigorúbbá válnak, a szilárd állapotú megszakítók egyre népszerűbbek.A mechanikus megszakítókkal összehasonlítva a szilárd államú megszakítóknak számos előnye van:

· Stabilitás és megbízhatóság: A mechanikus megszakító aktivitási komponenseket tartalmaz, tehát viszonylag könnyű megsérülni.Ez azt jelenti, hogy könnyen megsérülnek vagy véletlenül leválaszthatók testmozgással, és használat közben minden visszaállítás viselni fog.Ezzel szemben a szilárd államú megszakítók nem tartalmaznak aktív alkatrészeket, tehát stabilabb és megbízhatóbb, és nem könnyű véletlenszerű károkat okozni. Ezért többször leválasztható/bezárható.

· Hőmérsékleti rugalmasság: A mechanikus megszakító működési hőmérséklete a gyártási anyagoktól függ, tehát a munkahőmérsékleten van bizonyos korlátozás.Ezzel szemben a szilárdtest -megszakító munkahőmérséklete magasabb, és beállítható, így rugalmasabban alkalmazkodhat a különböző munkakörnyezetekhez.

· Távoli konfiguráció: A mechanikus áramköri megszakítót az utazás után manuálisan kell visszaállítania, amely nagyon időigényes és költséghatékony lehet, különösen akkor, ha több telepítési pontot telepítenek a nagy méretű telepítésen, lehetnek rejtett biztonsági veszélyek.A szilárd megszakító távolról visszaállítható vezetékes vagy vezeték nélküli csatlakozásokon keresztül.

· A kapcsoló sebessége gyorsabb, és nem generál ívet: a mechanikus megszakító nagyobb íveket és feszültség ingadozásokat eredményezhet váltáskor, elég ahhoz, hogy megrongálja a rakodóberendezést.A szilárd államú áramköri megszakító egy lágy indulási módszert alkalmaz, hogy megvédje az áramkört ezen induktív feszültségcsúcsok és kapacitív hullámáram hatásaitól, és a kapcsolási sebesség sokkal gyorsabb. Csak néhány milliszekundum szükséges az áramkör vágásához meghibásodás következik be.

· Rugalmas áram névleges érték: A szilárdtest -megszakítónak programozható áram névleges értéke van, míg a mechanikus megszakító rögzített áram névleges értéke van.

· Kis méretű és világosabb súly: A mechanikus megszakítókhoz képest a szilárd megszakító könnyebb és kisebb.

A meglévő szilárd államú közúti megszakítók korlátai

Noha a szilárd áramköri megszakítónak több előnye van a mechanikus megszakítóhoz képest, ezeknek vannak hátrányai is, amelyek magukban foglalják a feszültség/áram névleges értékét, amely korlátozott, a forgalom vesztesége magasabb, és az ár drágább.Általában az AC alkalmazások esetében a szilárd államú megszakítók szilícium alapú virágokon (TRICA) és DC rendszereknél alapulnak a standard sík MOSFET -eken.A TRICA vagy a MOSFET felelős a kapcsolási funkciók eléréséért, míg a fényszigetelő meghajtókat vezérlőelemekként használják.A nagy kimeneti áram esetében azonban a MOSFET -alapú, nagy áramú szilárd anyag -megszakítóknak hűtőbordákat kell használniuk, ami azt jelenti, hogy nem tudják elérni ugyanolyan teljesítménysűrűség -szintet, mint a mechanikus megszakítók.

Hasonlóképpen, a szigetelő rács bipoláris kristálycsövek (IGBT) alkalmazásával megvalósított szilárdállapotú megszakítóknak szintén hűtőbordáknak kell lenniük, mivel ha az áram meghaladja a tucatnyi amper, a telített feszültség túlzott energiavesztést okoz.Például, ha az áram 500 amp, az IGBT -n a 2 V -os feszültségcsökkenés akár 1000W teljesítményvesztést is eredményez.Ugyanazon teljesítményszinthez a MOSFET -nek kb. 4 m -rel kell rendelkeznie?Mivel az eszköz feszültségértékű értéke az elektromos járművekben 800 V (vagy még magasabb) felé fejlődik, egyetlen eszköz sem tudja elérni ezt az ellenállási szintet.Noha a számot elméletileg párhuzamos eszközökkel lehet csatlakoztatni, ez a megközelítés jelentősen növeli a megoldás méretét és költségeit, különösen akkor, ha a kétirányú áramot fel kell dolgozni.

A SIC Power modul segítségével hozzon létre a következő -generációs szilárd -állam -megszakítót

A szilícium chipshez képest a SIC chipek akár tízszer is csökkenthetők ugyanolyan névleges feszültség és meghajtó ellenállás körülmények között.Ezenkívül a SIC -eszköz kapcsolási sebessége legalább 100 -szor gyorsabb, mint a szilícium -eszközöké, és kétszer olyan magas, mint kétszer olyan magas hőmérsékleten működhet, mint az.Ugyanakkor a SIC kiváló hővezetőképességgel rendelkezik, tehát jobb stabilitással rendelkezik a magas áramszinten.Az Ansonami ezeket a SIC jellemzőit használja az elitikus energiamodulok sorozatának kidolgozására, amelyek alacsonyak az 1,7 m -ig?Ezek a modulok két -hat SIC MOSFET -et integrálnak egyetlen csomagba.

A szinterelő chip -technológia (két független chip egy csomagban történő elégetése) megbízható termékteljesítményt nyújthat még nagy teljesítményszinten is.A gyors váltási viselkedés és a nagy hővezetési sebesség miatt az ilyen eszközök gyorsan és biztonságosan "menj a kártyához" (leválasztva az áramkört), amikor a hiba bekövetkezik, és megakadályozhatja, hogy az áram áramlik a normál munkakörülményekig.Egy ilyen modul azt mutatja, hogy egyre inkább integrálódik több SIC MOSFET -eszközbe egyetlen csomagba, hogy elérje az alacsony gondozókat és a kis méreteket, ezáltal kielégítve a tényleges megszakító alkalmazások igényeit.Ezenkívül az AnsonMei elitikus MOSFET és energiamodulokat is biztosít 650 V -os feszültségtartományban, így ezek az eszközök felhasználhatók egyfázisú és háromfázisú családi, kereskedelmi és ipari alkalmazásokhoz megfelelő szilárd -állam -megszakítók létrehozására.Az Ansonmei vertikális integrációval rendelkező SIC ellátási lánca majdnem nulla hiányosságot biztosíthat. Ezek a termékek átfogó megbízhatósági tesztelések voltak, és kielégítik a szilárd államú megszakító gyártóinak igényeit.

1. ábra: Ansonmei teljes vége --end szilícium -karbid (sic) ellátási lánc

Az alábbi ábra a szilárdtest -megszakító moduláris megvalósítását mutatja be. Közülük ez több 1200 V -os siC chiphez és párhuzamos kapcsolókhoz van csatlakoztatva, hogy rendkívül alacsony RDSON és optimalizált hő -disszipációs hatásokat érjen el.Az alábbiakban az alábbiakban integrált modulok optimalizált csapokkal és elrendezésekkel rendelkeznek, amelyek segítenek csökkenteni a parazita hatásokat, javítják a kapcsolási teljesítményt és lerövidítik a hiba válaszidejét.Az Ansonmi különféle SIC modul termékportfóliókat biztosít. A modul névleges feszültsége 650 V, 1200 V és 1700 V, és néhány modulnak alsó lemeze van, míg másoknak nincs alsó lemeze, hogy megfeleljen a különböző alkalmazási követelményeknek és hatékonysági igényeknek.

2. ábra: SIC B2B modul, amely alkalmas szilárd -állambeli megszakítókhoz -480VAC -200A

ÁBRA

A SIC technológia és a szilárd állapotú megszakítók együtt alakulnak ki

A mechanikus áramköri megszakító alacsony energiaveszteséggel és nagyobb teljesítmény sűrűséggel rendelkezik, és az aktuális ár szintén alacsonyabb, mint a szilárdtest -megszakító.Ezenkívül a mechanikus megszakítókat az ismételt felhasználás miatt könnyen viselhető, és a visszaállítás vagy a csere drága mesterséges karbantartási költségeket eredményez.Az elektromos járművek egyre növekvő népszerűségével a piacon a megszakítók és a SIC -eszközök iránti kereslet tovább növekszik. Ezért növekszik a széles körű zóna technológia költség -versenyképessége, és a szilárdtest -megszakító megoldás iránti vonzereje folytatódni fog. növelni.A SIC technológia folyamatos fejlődésével és a független SIC MOSFET ellenállásával a szilárd államú megszakító energiavesztesége végül eléri a mechanikus megszakítóhoz hasonló szintet. Abban az időben az energiaveszteség már nem jelent problémát -A SIC -eszközökön alapuló szilárdállapotú megszakítónak a gyors váltási sebesség előnyei vannak, az ARC No ARC és a nulla karbantartás, ami jelentős költségmegtakarítást eredményezhet, tehát ez határozottan a piac általános választásává válik.