今日、電気自動車（EV）および太陽光発電（PV）アプリケーションに炭化物（SIC）デバイスがもたらすパフォーマンスの利点は広く認識されています。ただし、SICの重要な利点は、回路保護の分野を含む他のアプリケーションでも使用できます。この記事では、機械的保護とさまざまな半導体デバイスの使用によって実装された固体回路ブレーカー（SSCB）の利点と欠点を比較しながら、この分野の開発をレビューします。最終的に、この記事では、SICソリッドステート回路ブレーカーがますます好まれる理由についても説明します。

保護パワーインフラストラクチャと機器

長期の過負荷と短絡による損傷を防ぐために、送電および流通システムと敏感な機器を適切に保護する必要があります。電力システムと電気自動車が使用する電圧はますます高くなっているため、最大障害電流の可能性はかつてないほど高くなっています。これらの高電流障害を保護するためには、超高速通信とDC回路ブレーカーが必要です。過去には、機械的回路ブレーカーは常にそのようなアプリケーションの主な選択でした。しかし、作業要件がますます厳しくなりつつあるため、固体回路ブレーカーはますます人気が高まっています。機械的回路ブレーカーと比較して、ソリッドステートの回路ブレーカーには多くの利点があります。

・安定性と信頼性：機械回路ブレーカーにはアクティビティコンポーネントが含まれているため、損傷を受けるのは比較的簡単です。これは、それらが運動によって簡単に損傷したり、誤って切断されたりすることを意味し、使用中、各リセットが摩耗します。対照的に、ソリッドステートの回路ブレーカーにはアクティブなコンポーネントが含まれていないため、より安定して信頼性が高く、偶発的な損傷を引き起こすのは容易ではありません。したがって、繰り返し切断/閉じている可能性があります。

・温度の柔軟性：機械回路ブレーカーの作業温度は、その製造材料に依存するため、作業温度に一定の制限があります。対照的に、固体回路ブレーカーの作業温度は高く、調整できます。そのため、さまざまな作業環境により柔軟に適応できます。

・リモート構成：メカニカル回路ブレーカーは、旅行後に手動で手動でリセットする必要があります。これは、特に大規模な展開時に複数のインストールポイントが展開されている場合、非常に時間がかかり、費用対効果が高い場合があります。固体回路ブレーカーは、有線またはワイヤレス接続を介してリモートでリセットできます。

・スイッチ速度はより速く、アークを生成しません。機械的回路ブレーカーは、負荷装置を損傷するのに十分なスイッチング時に、より大きなアークと電圧変動を生成する場合があります。ソリッドステート回路ブレーカーは、これらの誘導電圧ピークと容量波電流の影響から回路を保護するソフトスタート - アップ方法を採用し、スイッチング速度ははるかに高速です。障害が発生します。

・柔軟な電流定格値：ソリッドステート回路ブレーカーにはプログラム可能な電流定格値があり、機械回路ブレーカーには固定電流定格値があります。

・小サイズと軽量：機械式回路ブレーカーと比較して、固体回路ブレーカーは軽量で小さくなります。

既存のソリッドステートロードブレーカーの制限

固体回路ブレーカーには、機械的回路ブレーカーと比較して複数の利点がありますが、電圧/電流定格値を含むいくつかの欠点もあります。一般に、ACアプリケーションの場合、固体 - 状態回路ブレーカーはシリコンベースの花（TRIAC）に基づいており、DCシステムの場合、標準の平面MOSFETに基づいています。TriacまたはMOSFETは、スイッチング機能を達成する責任がありますが、光の分離ドライブは制御コンポーネントとして使用されます。ただし、高出力電流の場合、MOSFETベースの高電流固体回路ブレーカーはヒートシンクを使用する必要があります。つまり、機械的回路ブレーカーと同じ電力密度レベルに達することができません。

同様に、断熱材双極結晶パイプ（IGBT）を使用して実装されたソリッドステート回路ブレーカーもヒートシンクである必要があります。これは、電流が数十のアンパーを超えると、飽和電圧が過度の電力損失を引き起こすためです。たとえば、電流が500アンペアの場合、IGBTの2V電圧降下は最大1000Wの電力損失を生成します。同じ電力レベルでは、MOSFETには約4 mが必要ですか？電気自動車の電圧定格値が800V（またはさらに高い）に向かって発達するため、単一のデバイスがこの抵抗レベルを達成することはできません。数は並列デバイスで理論的に接続できますが、このアプローチは、特に2回の電流を処理する必要がある場合、ソリューションのサイズとコストを大幅に増加させます。

SICパワーモジュールを使用して、次の生成ソリッドステート回路ブレーカーを作成します

シリコンチップと比較して、SICチップは、同じ定格電圧および駆動抵抗条件の下で最大10倍削減できます。さらに、SICデバイスのスイッチ速度は、シリコンデバイスのスイッチ速度よりも少なくとも100倍高速であり、ピーク温度の2倍以上の高温で動作できます。同時に、SICは優れた熱伝導率を持っているため、高電流レベルでは安定性が向上しています。Ansonamiは、SICのこれらの特性を使用して、1.7mから低いエリートックパワーモジュールを開発しますか？これらのモジュールは、1つのパッケージに2〜6のSIC MOSFETを統合します。

焼結チップテクノロジー（1つのパッケージで2つの独立したチップを燃焼する）は、高出力レベルでも信頼できる製品性能を提供できます。速いスイッチング動作と高い熱ガイダンス率により、そのようなデバイスは、障害が発生したときに迅速かつ安全に「カードに移動する」（回路を切断します）、通常の労働条件まで電流が流れないようにすることができます。このようなモジュールは、複数のSIC MOSFETデバイスにますます統合され、単一のパッケージに統合されており、低コンダクタと小さなサイズを実現し、実際のサーキットブレーカーアプリケーションのニーズを満たしていることを示しています。さらに、Ansonmeiは、650V〜1700Vの電圧範囲のEliteSic MOSFETおよび電源モジュールも提供するため、これらのデバイスを使用して、単相および3つのフェーズファミリー、商業、産業用アプリケーションに適した固体状態ブレーカーを作成できます。垂直統合を備えたAnsonmeiのSICサプライチェーンは、ほぼゼロ欠損製品を提供できます。これらの製品は包括的な信頼性テストであり、固体回路ブレーカーメーカーのニーズを満たすことができます。

図1：Ansonmeiの完全な終了 - 炭化シリコン（原文）サプライチェーン

以下の図は、ソリッドステート回路ブレーカーのモジュラー実装を示しています。その中でも、複数の1200V SICチップと複数のスイッチに並行して接続され、非常に低いRDSONと最適化された熱散逸効果を実現しています。以下のこれらの完全に統合されたモジュールには、ピンとレイアウトが最適化されているため、寄生効果を軽減し、パフォーマンスのスイッチングを改善し、障害応答時間を短縮します。AnsonmiはさまざまなSICモジュール製品ポートフォリオを提供します。モジュールの定格電圧は650V、1200V、および1700Vであり、一部のモジュールにはボトムプレートがありますが、他のモジュールにはさまざまなアプリケーション要件と効率のニーズを満たすボトムプレートがありません。

図2：SIC B2Bモジュール固体回路ブレーカー-480VAC -200Aに適しています

イチジク

SICテクノロジーとソリッドステートサーキットブレーカーは一緒に発達します

機械的回路ブレーカーは、電力損失が低く、電力密度が高く、現在の価格は固体回路ブレーカーよりも低くなっています。さらに、機械的回路ブレーカーは繰り返し使用するために簡単に着用でき、リセットまたは交換は高価な人為的なメンテナンスコストを生み出します。電気自動車の人気が高まっているため、サーキットブレーカーとSICデバイスに対する市場の需要は増加し続けます。したがって、この幅広いゾーンテクノロジーのコスト競争力が高まり、ソリッドステートサーキットブレーカーソリューションへの魅力は続きます。を増やす。SICテクノロジーの継続的な進行と独立したSIC MOSFETの抵抗により、ソリッドステート回路ブレーカーの電力損失は最終的に機械的回路ブレーカーに匹敵するレベルに達します。当時、電力損失はもはや問題になりません。 。SICデバイスに基づくソリッドステート回路ブレーカーには、高速スイッチング速度、アークなし、ゼロメンテナンスの利点があり、大幅なコスト削減をもたらすことができるため、市場の大幅な主流の選択になります。