Ngày nay, những lợi thế hiệu suất được mang đến bởi các thiết bị silicon cacbua (SIC) trong các ứng dụng xe điện (EV) và quang điện mặt trời (PV) đã được công nhận rộng rãi.Tuy nhiên, lợi thế vật liệu của SIC cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác, bao gồm cả lĩnh vực bảo vệ mạch.Bài viết này sẽ xem xét sự phát triển của lĩnh vực này, đồng thời so sánh những ưu điểm và nhược điểm của bộ ngắt mạch rắn (SSCB) được thực hiện bằng cách bảo vệ cơ học và sử dụng các thiết bị bán dẫn khác nhau.Cuối cùng, bài viết này cũng sẽ thảo luận về lý do tại sao các bộ ngắt mạch solid solid ngày càng được ưa chuộng.

Cơ sở hạ tầng và thiết bị bảo vệ

Hệ thống truyền tải và phân phối năng lượng và thiết bị nhạy cảm cần được bảo vệ đúng cách để ngăn ngừa thiệt hại do quá tải dài và ngắn mạch.Vì điện áp được sử dụng bởi các hệ thống điện và xe điện ngày càng cao hơn, dòng lỗi tối đa có thể cao hơn bao giờ hết.Để cung cấp sự bảo vệ cho các lỗi hiện tại cao này, chúng tôi cần giao tiếp siêu nhanh và ngắt mạch DC.Trước đây, bộ ngắt mạch cơ học luôn là sự lựa chọn chính của các ứng dụng như vậy. Tuy nhiên, khi các yêu cầu công việc ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn, các bộ ngắt mạch chắc chắn đang ngày càng trở nên phổ biến hơn.So với bộ ngắt mạch cơ học, bộ ngắt mạch rắn có nhiều lợi thế:

· Tính ổn định và độ tin cậy: Bộ ngắt mạch cơ học chứa các thành phần hoạt động, do đó tương đối dễ bị hư hỏng.Điều này có nghĩa là chúng dễ dàng bị hư hỏng hoặc vô tình bị ngắt kết nối bằng cách tập thể dục, và trong khi sử dụng, mỗi thiết lập lại sẽ mặc.Ngược lại, bộ ngắt mạch rắn không chứa các thành phần hoạt động, do đó, nó ổn định và đáng tin cậy hơn, và không dễ để gây ra thiệt hại do tai nạn. Do đó, nó có thể bị ngắt kết nối/đóng nhiều lần.

· Tính linh hoạt của nhiệt độ: Nhiệt độ làm việc của bộ ngắt mạch cơ học phụ thuộc vào vật liệu sản xuất của nó, do đó có một sự hạn chế nhất định về nhiệt độ làm việc.Ngược lại, nhiệt độ làm việc của bộ ngắt mạch rắn cao hơn và có thể được điều chỉnh, do đó nó có thể thích nghi linh hoạt hơn với các môi trường làm việc khác nhau.

· Cấu hình từ xa: Bộ ngắt mạch cơ học cần đặt lại thủ công theo cách thủ công sau chuyến đi, có thể rất hiệu quả và hiệu quả về chi phí, đặc biệt là khi nhiều điểm cài đặt được triển khai khi triển khai quy mô lớn, có thể có các mối nguy hiểm an toàn ẩn.Bộ ngắt mạch rắn có thể được đặt lại từ xa thông qua các kết nối có dây hoặc không dây.

· Tốc độ chuyển đổi nhanh hơn và không tạo ra một vòng cung: Bộ ngắt mạch cơ học có thể tạo ra các vòng cung lớn hơn và dao động điện áp khi chuyển đổi, đủ để làm hỏng thiết bị tải.Bộ ngắt mạch rắn -state áp dụng phương pháp khởi động mềm để bảo vệ mạch khỏi ảnh hưởng của các đỉnh điện áp cảm ứng này và dòng sóng điện dung này và tốc độ chuyển đổi nhanh hơn nhiều. thất bại xảy ra.

· Giá trị định mức dòng điện linh hoạt: Bộ ngắt mạch rắn -state có giá trị định mức hiện tại có thể lập trình, trong khi bộ ngắt mạch cơ có giá trị định mức dòng cố định.

· Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ hơn: So với bộ ngắt mạch cơ học, bộ ngắt mạch rắn nhẹ hơn và nhỏ hơn.

Những hạn chế của bộ ngắt đường rắn hiện có

Mặc dù bộ ngắt mạch rắn có nhiều ưu điểm so với bộ ngắt mạch cơ học, nhưng chúng cũng có một số nhược điểm, bao gồm giá trị định mức điện áp/hiện tại, bị hạn chế, tổn thất doanh thu cao hơn và giá đắt hơn.Nói chung, đối với các ứng dụng AC, các bộ ngắt mạch rắn -state dựa trên hoa dựa trên silicon (triac) và đối với các hệ thống DC, chúng dựa trên các mosfet của mặt phẳng tiêu chuẩn.Triac hoặc MOSFET chịu trách nhiệm đạt được các chức năng chuyển đổi, trong khi các ổ phân lập ánh sáng được sử dụng làm thành phần điều khiển.Tuy nhiên, trong trường hợp dòng điện đầu ra cao, các bộ ngắt mạch rắn -dòng chảy cao dựa trên MOSFET cần sử dụng các bộ tản nhiệt, điều đó có nghĩa là chúng không thể đạt đến mức mật độ công suất giống như bộ ngắt mạch cơ.

Tương tự, bộ ngắt mạch rắn -state được thực hiện bằng cách sử dụng ống tinh thể lưỡng cực lưới điện (IGBT) cũng cần phải là tản nhiệt, bởi vì khi dòng điện vượt quá hàng chục ampeer, điện áp bão hòa sẽ gây mất điện quá nhiều.Ví dụ: khi dòng điện là 500 amp, điện áp 2V trên IGBT sẽ tạo ra mất điện lên tới 1000W.Đối với cùng một mức sức mạnh, MOSFET cần phải có khoảng 4 m?Vì giá trị định mức điện áp của thiết bị trong xe điện phát triển lên 800V (hoặc thậm chí cao hơn), không có thiết bị nào có thể đạt được mức điện trở này.Mặc dù số lượng có thể được kết nối về mặt lý thuyết bằng các thiết bị song song, phương pháp này sẽ làm tăng đáng kể kích thước và chi phí của giải pháp, đặc biệt là khi dòng điện hai chiều cần được xử lý.

Sử dụng mô -đun SIC POWER để tạo bộ ngắt mạch rắn tiếp theo

So với chip silicon, chip SIC có thể giảm tới mười lần trong cùng một điện áp định mức và điều kiện điện trở ổ đĩa.Ngoài ra, tốc độ chuyển đổi của thiết bị SIC nhanh hơn ít nhất 100 lần so với các thiết bị silicon và nó có thể hoạt động ở nhiệt độ cực đại cao hơn gấp đôi so với nó.Đồng thời, SIC có độ dẫn nhiệt tuyệt vời, vì vậy nó có độ ổn định tốt hơn ở mức hiện tại cao.Ansonami sử dụng các đặc điểm này của SIC để phát triển một loạt các mô -đun sức mạnh tinh hoa, thấp đến 1,7m?Các mô -đun này tích hợp hai đến sáu SIC MOSFET trong một gói duy nhất.

Công nghệ chip thiêu kết (đốt hai chip độc lập trong một gói) có thể cung cấp hiệu suất sản phẩm đáng tin cậy ngay cả ở mức năng lượng cao.Do hành vi chuyển đổi nhanh và tốc độ hướng dẫn nhiệt cao, các thiết bị như vậy có thể nhanh chóng và an toàn "đi đến thẻ" (ngắt kết nối mạch) khi xảy ra lỗi và ngăn dòng điện chảy cho đến khi điều kiện làm việc bình thường.Một mô -đun như vậy cho thấy rằng nó ngày càng được tích hợp vào nhiều thiết bị SIC MOSFET vào một gói duy nhất để đạt được bộ điều trị thấp và kích thước nhỏ, từ đó đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng ngắt mạch thực tế.Ngoài ra, Ansonmei cũng cung cấp các mô -đun MOSFET và công suất tinh hoa với phạm vi điện áp từ 650V đến 1700V, do đó các thiết bị này cũng có thể được sử dụng để tạo bộ ngắt mạch rắn phù hợp cho các ứng dụng gia đình đơn, thương mại và công nghiệp đơn lẻ.Chuỗi cung ứng SIC của Ansonmei với sự tích hợp dọc có thể cung cấp các sản phẩm thiếu hụt gần như bằng không. Những sản phẩm này đã được kiểm tra độ tin cậy toàn diện và có thể đáp ứng nhu cầu của các nhà sản xuất bộ ngắt mạch rắn.

Hình 1: Chuỗi cung ứng kết thúc hoàn chỉnh của Ansonmei

Hình dưới đây cho thấy việc thực hiện mô -đun của bộ ngắt mạch rắn. Trong số đó, nó được kết nối với nhiều chip SIC 1200V và nhiều công tắc song song để đạt được RDSON cực thấp và các hiệu ứng tản nhiệt tối ưu hóa.Các mô -đun tích hợp đầy đủ này có các chân và bố cục tối ưu hóa, giúp giảm hiệu ứng ký sinh, cải thiện hiệu suất chuyển đổi và rút ngắn thời gian phản hồi thất bại.Ansonmi cung cấp một loạt các danh mục sản phẩm mô -đun SIC. Điện áp định mức của mô -đun là 650V, 1200V và 1700V, và một số mô -đun có một tấm dưới cùng, trong khi các mô -đun khác không có tấm dưới cùng để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng và hiệu quả khác nhau.

Hình 2: Mô -đun SIC B2B phù hợp với bộ ngắt mạch rắn -480VAC -200A

QUẢ SUNG

Công nghệ SIC và bộ ngắt mạch rắn sẽ phát triển cùng nhau

Bộ ngắt mạch cơ có mất điện thấp và mật độ công suất cao hơn, và giá hiện tại cũng thấp hơn bộ ngắt mạch rắn.Ngoài ra, bộ ngắt mạch cơ học rất dễ mặc do sử dụng nhiều lần, và đặt lại hoặc thay thế sẽ tạo ra chi phí bảo trì nhân tạo đắt tiền.Với sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện, nhu cầu của thị trường đối với bộ ngắt mạch và các thiết bị SIC sẽ tiếp tục phát triển. Do đó, khả năng cạnh tranh chi phí của công nghệ khu vực rộng này sẽ tăng lên và sự hấp dẫn của nó đối với giải pháp bộ ngắt mạch rắn sẽ tiếp tục tăng.Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ SiC và khả năng chống lại SIC MOSFET độc lập, việc mất điện của bộ ngắt mạch rắn -state cuối cùng sẽ đạt đến mức tương đương với bộ ngắt mạch cơ học. Vào thời điểm đó, mất điện sẽ không còn là vấn đề .Bộ ngắt mạch rắn dựa trên các thiết bị SIC có lợi thế của tốc độ chuyển đổi nhanh, ARC NO ARC và bảo trì bằng không, có thể mang lại tiết kiệm chi phí đáng kể, do đó, nó chắc chắn sẽ trở thành lựa chọn chính cho thị trường.