오늘날, 전기 자동차 (EV) 및 태양 광 발전 (PV) 응용 분야의 실리콘 카바이드 (SIC) 장치가 가져온 성능 장점이 널리 인식되었습니다.그러나 SIC의 재료 장점은 회로 보호 필드를 포함한 다른 응용 분야에서도 사용될 수 있습니다.이 기사는이 필드의 개발을 검토하는 동시에 다양한 반도체 장치의 기계적 보호 및 사용에 의해 구현 된 SSCB (Solid -State Circuit Breakers)의 장점과 단점을 비교할 것입니다.결국,이 기사는 왜 SIC 솔리드 스테이트 회로 차단기가 점점 더 선호되는지에 대해 논의 할 것입니다.

보호 전력 인프라 및 장비

장기 과부하 및 단락으로 인한 손상을 방지하기 위해 전력 변속기 및 분배 시스템 및 민감한 장비를 적절하게 보호해야합니다.전력 시스템과 전기 자동차가 사용하는 전압이 점점 높아지면서 가능한 최대 결함 전류는 그 어느 때보 다 높습니다.이러한 고전류 결함을 보호하려면 매우 빠른 통신 및 DC 회로 차단기가 필요합니다.과거에는 기계적 회로 차단기가 항상 그러한 애플리케이션의 주요 선택이었습니다. 그러나 작업 요구 사항이 점점 더 엄격하고 견고한 상태 회로 차단기가 점점 더 인기를 얻고 있기 때문에.기계식 회로 차단기와 비교하여 고체 회로 차단기에는 많은 장점이 있습니다.

· 안정성 및 신뢰성 : 기계 회로 차단기에는 활동 구성 요소가 포함되어 있으므로 손상되기 쉽습니다.이는 운동으로 쉽게 손상되거나 실수로 분리되어 있으며 사용하는 동안 각 재설정이 마모됩니다.대조적으로, 솔리드 스테이트 회로 차단기에는 활성 구성 요소가 포함되어 있지 않으므로 더 안정적이고 신뢰할 수 있으므로 우발적 인 손상이 쉽지 않으므로 반복적으로 연결이 끊어 지거나 닫을 수 있습니다.

· 온도 유연성 : 기계 회로 차단기의 작동 온도는 제조 재료에 따라 달라 지므로 작업 온도에는 특정 제한이 있습니다.대조적으로, 고체 상태 회로 차단기의 작동 온도가 높아서 조정될 수 있으므로 다른 작업 환경에보다 유연하게 적응할 수 있습니다.

· 원격 구성 : 기계적 회로 차단기는 트립 후 수동으로 수동으로 재설정해야하며, 특히 대규모 스케일 배치에 여러 설치 지점을 배포 할 때 매우 시간이 소요되고 비용 효율적 일 수 있습니다. 숨겨진 안전 위험이있을 수 있습니다.솔리드 회로 차단기는 유선 또는 무선 연결을 통해 원격으로 재설정 될 수 있습니다.

· 스위치 속도가 더 빠르고 아크를 생성하지 않습니다. 기계식 회로 차단기는 하중 장비를 손상시킬 정도로 더 큰 아크와 전압 변동을 생성 할 수 있습니다.Solid -State Circuit Breaker는 이러한 유도 전압 피크 및 정전 파 전류의 영향으로부터 회로를 보호하기 위해 소프트 스타트 -UP 방법을 채택하며 스위칭 속도는 훨씬 빠릅니다. 회로를 절단하는 데 몇 밀리 초 밖에 걸리지 않습니다. 실패가 발생합니다.

· 유연한 전류 정격 값 : 솔리드 스테이트 회로 차단기는 프로그래밍 가능한 전류 정격 값을 가지며 기계 회로 차단기는 고정 전류 정격 값을 갖습니다.

· 작은 크기와 가벼운 무게 : 기계식 회로 차단기와 비교하여 고체 회로 차단기는 가볍고 작습니다.

기존의 견고한 상태로드 브레이커의 한계

고체 회로 차단기는 기계식 회로 차단기와 비교하여 여러 장점을 가지고 있지만, 전압/전류 정격 값이 제한되어 있으며, 이직 손실이 높고 가격이 더 비싸다.일반적으로 AC 애플리케이션의 경우 고체 회로 차단기는 실리콘 기반 꽃 (TRIAC)을 기반으로하며 DC 시스템의 경우 표준 평면 MOSFET을 기반으로합니다.TRIAC 또는 MOSFET은 스위칭 기능을 달성하는 데 도움이되며 광 분리 드라이브는 제어 구성 요소로 사용됩니다.그러나, 높은 출력 전류의 경우, MOSFET에 기반을 둔 고기 고형 상태 회로 차단기는 방열판을 사용해야하므로 기계적 회로 차단기와 동일한 전력 밀도 수준에 도달 할 수 없음을 의미합니다.

Similarly, solid -state circuit breakers implemented using the insulation grid bipolar crystal pipe (IGBT) also need to be heat sinks, because when the current exceeds dozens of amperers, the saturated voltage will cause excessive power loss.예를 들어, 전류가 500 amp 인 경우 IGBT의 2V 전압 강하는 최대 1000W 전력 손실을 생성합니다.동일한 전력 수준의 경우 MOSFET은 약 4m가 필요합니까?전기 자동차에서 장치의 전압 정격 값이 800V (또는 더 높은)로 발전함에 따라 단일 장치는이 저항 수준을 달성 할 수 없습니다.이 숫자는 병렬 장치에 의해 이론적으로 연결될 수 있지만,이 접근법은 특히 두 장 전류를 처리해야 할 때 솔루션의 크기와 비용을 크게 증가시킬 것입니다.

SIC 전원 모듈을 사용하여 다음 -Generation Solid -State Circuit Breaker를 만듭니다.

실리콘 칩과 비교하여, SIC 칩은 동일한 정격 전압 및 구동 저항 조건에서 최대 10 배까지 줄일 수 있습니다.또한, SIC 장치의 스위치 속도는 실리콘 장치의 스위치 속도보다 100 배 이상 빠르며, 최소한 두 배 이상의 피크 온도에서 작동 할 수 있습니다.동시에 SIC는 열전도율이 우수하므로 높은 전류 수준에서 안정성이 향상됩니다.Ansonami는 SIC의 이러한 특성을 사용하여 일련의 엘리트 전력 모듈을 개발하는데, 이는 1.7m에서 낮은 일련의 엘리트 전력 모듈을 개발합니까?이 모듈은 2 ~ 6 개의 SIC MOSFET을 단일 패키지로 통합합니다.

소결 칩 기술 (하나의 패키지로 두 개의 독립 칩을 굽는)은 높은 전력 수준에서도 안정적인 제품 성능을 제공 할 수 있습니다.빠른 스위칭 동작과 높은 열 안내 속도로 인해 이러한 장치는 고장이 발생하면 "카드로 이동"(차단 회로)을 빠르고 안전하게 이동하고 정상적인 작업 조건까지 전류가 흐르지 않도록 할 수 있습니다.이러한 모듈은 여러 SIC MOSFET 장치에 단일 패키지로 점점 더 통합되어 낮은 전도체와 작은 크기를 달성하여 실제 회로 차단기 응용 프로그램의 요구를 충족 시킨다는 것을 보여줍니다.또한 Ansonmei는 650V ~ 1700V의 전압 범위를 갖춘 엘리트 MOSFET 및 전력 모듈을 제공하므로 이러한 장치는 단일 상 및 3 상 패밀리, 상업 및 산업 응용 분야에 적합한 솔리드 스테이트 회로 차단기를 생성 할 수도 있습니다.수직 통합이 장착 된 Ansonmei의 SIC 공급망은 거의 제로 결핍 제품을 제공 할 수 있습니다.이 제품들은 포괄적 인 신뢰성 테스트였으며 견고한 상태 회로 차단기 제조업체의 요구를 충족시킬 수 있습니다.

그림 1 : Ansonmei의 완전한 끝 -To -End Silicon Carbide (SIC) 공급망

아래 그림은 솔리드 스테이트 회로 차단기의 모듈 식 구현을 보여줍니다. 그 중에서도 매우 낮은 RDSON 및 최적화 된 열 소산 효과를 달성하기 위해 여러 1200V SIC 칩 및 여러 스위치에 연결됩니다.아래의 완전 통합 모듈에는 최적화 된 핀 및 레이아웃이있어 기생 효과를 줄이고 스위칭 성능을 향상 시키며 고장 응답 시간을 단축하는 데 도움이됩니다.Ansonmi는 다양한 SIC 모듈 제품 포트폴리오를 제공합니다. 모듈의 정격 전압은 650V, 1200V 및 1700V이며 일부 모듈에는 하단 플레이트가 있고 다른 모듈에는 다른 응용 프로그램 요구 사항과 효율성 요구를 충족시키기위한 바닥 플레이트가 없습니다.

그림 2 : SIC B2B 모듈 고체 회로 차단기 -480VAC -200A에 적합한 SIC B2B 모듈

무화과

SIC 기술과 솔리드 스테이트 회로 차단기가 함께 발전 할 것입니다.

기계식 회로 차단기는 전력 손실이 낮고 전력 밀도가 높으며 현재 가격은 단단한 상태 회로 차단기보다 낮습니다.또한, 기계식 회로 차단기는 반복적 인 사용으로 인해 착용하기 쉽고 재설정 또는 교체로 인해 인공 유지 보수 비용이 많이 듭니다.전기 자동차의 인기가 높아짐에 따라 회로 차단기 및 SIC 장치에 대한 시장의 수요는 계속 증가 할 것입니다. 따라서이 광범위한 구역 기술의 비용 경쟁력이 증가하고 Solid -State Circuit Breaker 솔루션에 대한 매력은 계속 될 것입니다. 증가 시키려고.SIC 기술의 지속적인 발전과 독립적 인 SIC MOSFET의 저항으로 인해 Solid -State 회로 차단기의 전력 손실은 결국 기계식 회로 차단기와 비슷한 레벨에 도달합니다. 그 당시에는 더 이상 전력 손실이 문제가되지 않습니다. .SIC 장치를 기반으로 한 솔리드 스테이트 회로 차단기는 빠른 스위칭 속도, 아크 No Arc 및 제로 유지 보수의 장점이있어 상당한 비용 절감을 가져올 수 있으므로 시장의 주류 선택이 될 것입니다.