I dag har ytelsesfordelene brakt av Silicon Carbide (SIC) enheter i elektriske kjøretøyer (EV) og solcelleanlegg (PV) applikasjoner blitt anerkjent.Imidlertid kan SICs materielle fordeler også brukes i andre applikasjoner, inkludert feltet for kretsbeskyttelse.Denne artikkelen vil gjennomgå utviklingen av dette feltet, samtidig som de sammenligner fordeler og ulemper med solid -state -effektbrytere (SSCB) implementert ved mekanisk beskyttelse og bruk av forskjellige halvlederenheter.Til slutt vil denne artikkelen også diskutere hvorfor SIC solid -state -effektbrytere i økende grad blir foretrukket.

Beskyttende kraftinfrastruktur og utstyr

Kraftoverføring og distribusjonssystem og sensitivt utstyr må beskyttes riktig for å forhindre skade på grunn av langvarig overbelastning og kortslutning.Ettersom spenningen som brukes av elektriske kraftsystemer og elektriske kjøretøyer blir høyere og høyere, er den mulige maksimale feilstrømmen høyere enn noen gang før.For å gi beskyttelse for disse høye strømfeilene, trenger vi superrask kommunikasjons- og DC -effektbrytere.I det siste har mekaniske effektbrytere alltid vært det viktigste valget av slike applikasjoner. Imidlertid, ettersom arbeidskravene blir mer og strengere, blir solide -state -kretsbrytere mer og mer populære.Sammenlignet med mekaniske effektbrytere, har solide -state -effektbrytere mange fordeler:

· Stabilitet og pålitelighet: Den mekaniske effektbryteren inneholder aktivitetskomponenter, så den er relativt enkel å bli skadet.Dette betyr at de lett blir skadet eller ved et uhell koblet fra trening, og under bruk vil hver tilbakestilling ha på seg.I motsetning til dette inneholder ikke faste statstatskombrytere aktive komponenter, så det er mer stabilt og pålitelig, og det er ikke lett å forårsake utilsiktet skade. Derfor kan det gjentatte ganger kobles fra/lukket.

· Temperaturfleksibilitet: Arbeidstemperaturen til den mekaniske effektbryteren avhenger av produksjonsmaterialene, så det er en viss begrensning i arbeidstemperaturen.I motsetning til dette er arbeidstemperaturen til den faste state -effektbryteren høyere og kan justeres, slik at den mer fleksibelt kan tilpasse seg forskjellige arbeidsmiljøer.

· Ekstern konfigurasjon: Den mekaniske effektbryteren må tilbakestilles manuelt etter turen, noe som kan være veldig tidskonsumerende og kostnadseffektive, spesielt når flere installasjonspunkter er distribuert på storskala distribusjon, kan det være skjulte sikkerhetsfare.Den faste effektbryteren kan tilbakestilles eksternt gjennom kablet eller trådløse tilkoblinger.

· Bryterhastigheten er raskere og genererer ikke en bue: den mekaniske effektbryteren kan gi større buer og spenningssvingninger når du bytter, nok til å skade belastningsutstyret.Den faste state -effektbryteren vedtar en myk start -up -metode for å beskytte kretsen mot påvirkningen av disse induktive spenningstoppene og kapasitiv bølgestrøm, og byttehastigheten er mye raskere. Det tar bare noen få millisekunder å kutte kretsen når feil oppstår.

· Fleksibel strøm Rangert verdi: Solid -state -effektbryteren har en programmerbar gjeldende verdi, mens den mekaniske effektbryteren har en fast strøm -nominell verdi.

· Liten størrelse og lettere vekt: Sammenlignet med mekaniske effektbrytere, er den faste effektbryteren lettere og mindre.

Begrensningene for eksisterende solid -state vegbrytere

Selv om den faste effektbryteren har flere fordeler sammenlignet med den mekaniske effektbryteren, har de også noen ulemper, som inkluderer spennings-/strømavløpsverdien, som er begrenset, omsetningstapet er høyere og prisen er dyrere.Generelt, for AC -applikasjoner, er solide statskrettere basert på silisiumbaserte blomster (TriAC), og for DC -systemer er de basert på standardplan MOSFET -er.Triac eller MOSFET er ansvarlig for å oppnå byttefunksjoner, mens lysisolasjonsstasjoner brukes som kontrollkomponenter.I tilfelle av høye utgangsstrøm, må MOSFET -baserte høye strøm -faste -state -effektbrytere imidlertid bruke varmevasker, noe som betyr at de ikke kan nå samme krafttetthetsnivå som mekaniske effektbrytere.

Tilsvarende må faste statskomsbrytere implementert ved bruk av isolasjonsnettet bipolar krystallrør (IGBT) også være varmevasker, fordi når strømmen overstiger dusinvis av ampere, vil den mettede spenningen forårsake overdreven krafttap.For eksempel, når strømmen er 500 amp, vil 2V -spenningsfallet på IGBT generere opptil 1000W strømtap.For samme effektnivå må MOSFET ha omtrent 4 m?Ettersom den vurderte verdien av enheten i elektriske kjøretøy utvikler seg mot 800V (eller enda høyere), kan ingen enkelt enheter oppnå dette motstandsnivået.Selv om antallet kan teoretisk kobles sammen med parallelle enheter, vil denne tilnærmingen øke størrelsen og kostnadene for løsningen betydelig, spesielt når to -veisstrømmen må behandles.

Bruk SIC Power -modulen for å lage neste -generasjons faststoff -effektbryter

Sammenlignet med silisiumflis, kan SIC -brikker reduseres med opptil ti ganger under samme nominelle spennings- og drivmotstandsbetingelser.I tillegg er bryterhastigheten til SIC -enheten minst 100 ganger raskere enn for silisiumenheter, og den kan fungere ved en topptemperatur på mer enn dobbelt så høy som den.Samtidig har SIC utmerket varmeledningsevne, så det har bedre stabilitet på høye strømnivåer.Ansonami bruker disse egenskapene til SIC for å utvikle en serie elitesiske kraftmoduler, som er lave til 1,7m?Disse modulene integrerer to til seks SIC MOSFET -er i en enkelt pakke.

Sintering chip -teknologi (å brenne to uavhengige brikker i en pakke) kan gi pålitelig produktytelse selv på høye effektnivåer.På grunn av den raske bytteatferden og den høye termiske veiledningshastigheten, kan slike enheter raskt og trygt "gå til kortet" (koble fra kretsen) når feilen oppstår, og forhindrer strømmen til å strømme til normale arbeidsforhold.En slik modul viser at den i økende grad blir integrert i flere SIC MOSFET -enheter i en enkelt pakke for å oppnå lave ledere og små størrelser, og dermed imøtekomme behovene til faktiske effektbryterapplikasjoner.I tillegg gir Ansonmei også elitesiske MOSFET- og kraftmoduler med et spenningsområde fra 650V til 1700V, slik at disse enhetene også kan brukes til å lage solide -state -effektbrytere som er egnet for enfase og tre -fase familie, kommersielle og industrielle applikasjoner.Ansonmeis SIC forsyningskjede med vertikal integrasjon kan gi nesten null -manglende produktprodukter. Disse produktene har vært omfattende pålitelighetstesting og kan imøtekomme behovene til produsenter av solid state -effektbryter.

Figur 1: Ansonmeis komplette slutt -til -end silisiumkarbid (SIC) forsyningskjede

Figuren nedenfor viser den modulære implementeringen av den faste state -effektbryteren. Blant dem er den koblet til flere 1200V SIC -brikker og flere brytere parallelt for å oppnå ekstremt lave RDSON og optimaliserte varmeavspredningseffekter.Disse fullt integrerte modulene nedenfor har optimaliserte pinner og oppsett, som bidrar til å redusere parasittiske effekter, forbedre bytteytelsen og forkorte svikt -responstiden.Ansonmi gir en rekke SIC -modulporteføljer. Den nominelle spenningen til modulen er 650V, 1200V og 1700V, og noen av modulene har en bunnplate, mens andre ikke har noen bunnplate for å oppfylle forskjellige applikasjonskrav og effektivitetsbehov.

Figur 2: SIC B2B -modul som er egnet for solid -state -effektbrytere -480Vac -200a

Fig

SIC -teknologi og solide -state -effektbrytere vil utvikle seg sammen

Den mekaniske effektbryteren har lavt krafttap og høyere strømtetthet, og dagens pris er også lavere enn den faste statskretsbryteren.I tillegg er mekaniske effektbrytere enkle å ha på grunn av gjentatt bruk, og tilbakestilling eller utskifting vil generere dyre kunstige vedlikeholdskostnader.Med den økende populariteten til elektriske kjøretøyer, vil markedets etterspørsel etter effektbrytere og SIC -enheter fortsette å vokse. Derfor vil kostnadskonkurransen for denne brede, rangeringsteknologien øke, og den å øke.Med den kontinuerlige fremgangen til SIC -teknologi og motstanden til den uavhengige SIC MOSFET, vil strømtapet av den faste state -effektbryteren til slutt nå nivået som kan sammenlignes med den mekaniske effektbryteren. På den tiden vil strømtapet ikke lenger være et problem .Den solide statskretsbryteren basert på SIC -enheter har fordelene ved rask byttehastighet, bue ingen bue og null vedlikehold, noe som kan gi betydelige kostnadsbesparelser, så det vil definitivt bli det mainstream valget for markedet bredt.