SIC+SI مختلط اندماج الكربون العاكس · تحليل بانوراما من مفهوم إلى تنفيذ حل النظام

مقدمة: مع التقدم السريع لتكنولوجيا السيارات الكهربائية ، أصبح الابتكار وتحسين أجهزة الطاقة محركات رئيسية لتقدم الصناعة. تكتسب تقنية العاكس الهجينة متعددة المتغيرات SIC (السيليكون) و SI (SILICON) متعددة المتغيرات ، كإنجاز مبتكر تطلعي للغاية ، بروزًا في قطاع المركبات الكهربائية.

أنا: أي نوع من العاكس يحتاج السوق؟

1. تشين اتجاه تطوير المركبات الكهربائية والطلب على أشباه الموصلات

دخل سوق المركبات الكهربائية في الصين في مرحلة من النمو المتفجر ، حيث ظهر كحرف محوري في الانتقال العالمي إلى طاقة جديدة. كما هو موضح في الرسم البياني أدناه ، ارتفعت المبيعات من عشرات الآلاف إلى 12.87 مليون وحدة على مدار العقد من 2013 إلى 2024 ، مدفوعة بدعم السياسة ، وزيادة الوعي البيئي للمستهلك ، والتقدم التكنولوجي. تستمر مركبات الركاب في رؤية حصتها في السوق في EVS Climb بشكل مطرد ، حيث تمثل السيارات الكهربائية 40.9 ٪ من مبيعات السيارات الجديدة بحلول عام 2024. ينتقل السوق من المبادرات التي تعتمد على السياسة إلى النمو الذي يقوده الطلب ، مع وصول قبول المستهلك إلى مستويات غير مسبقة.

في قطاع السوق ، حققت PHEV و Reev معدل نمو بنسبة 84.69 ٪ على مدار العامين الماضيين. ميزة "الشحن المرن"-باستخدام الوضع الكهربائي الخالص للتنقل الحضري لخفض التكاليف مع استخدام الشحن الذي يعمل بالطاقة للوقود للسفر لمسافات طويلة لتخفيف القلق النطاق-يفسد سيناريوهات المستخدم المتنوعة. فيما يتعلق بمنصات الجهد ، ارتفعت حصة السوق البالغة 800V عالية الجهد من 2 ٪ في 2022 إلى 15 ٪ بحلول عام 2025. مع قدرات الشحن السريعة (أكثر من 300 كيلو وات) وتحسينات كبيرة في كفاءة الطاقة ، تلبي بشكل فعال متطلبات المركبات المميزة.

مع تزايد متطلبات المركبات الكهربائية للمستهلكين ، هناك تفضيل متزايد لـ "مساحة المقصورة الأكبر" و "إنتاج الطاقة الأقوى". هذا الاتجاه يدفع تطور محركات القوة نحو أن تكون "أصغر وأكثر قوة وأكثر كفاءة وأكثر فعالية من حيث التكلفة". بعد تحليل اتجاهات السوق ، كيف تم تطوير مقاييس الأداء الرئيسية للمزولات - المكونات المتوسطة في أنظمة القيادة الكهربائية -؟ دعونا نستكشف خريطة الطريق ل العاكستطور KPI بالتفصيل.

2: عاكس KPI Development Roadmar

كمكون حاسم في السيارات الكهربائية ، يحدد محولات الجر مباشرة إنتاج الطاقة في السيارة ، وكفاءة الطاقة ، وتجربة القيادة. أصبح تحسين أدائهم استراتيجية حيوية لشركات صناعة السيارات والموردين لتعزيز القدرة التنافسية. دعنا نفحص مؤشرات الأداء الرئيسية للمزولات: كفاءة التكلفة وكثافة الطاقة وكفاءة الدورة. ما هي اتجاهات التطوير الحالية في هذه المجالات؟

يوضح الرسم البياني أدناه الاتجاه المتغير لمؤشرات الأداء الرئيسية العاكس من 2019 إلى 2027. من خلال "خريطة طريق KPI العاكس" ، يمكننا التقاط بوضوح:

■ التكلفة: منذ عام 2019 ، انخفض سعر Si IGBT بنسبة 65 ٪ ، وانخفض سعر SIC إلى حد ما ، لكنه لا يزال حوالي 2.5-3 مرات أغلى من Si IgBT.

■ كثافة الطاقة: يُظهر منحنى كثافة الطاقة العاكس اتجاهًا تصاعديًا ، من 37 كيلوواط/لتر في عام 2019 إلى 100 كيلو واط/لتر في عام 2027 ، مما يساعد على تحقيق تصميمات أكثر إحكاما وفعالية.

■ كفاءة CLTC-P: من المتوقع أن يزداد منحنى كفاءة SIC من 95.8 ٪ في 2019 إلى 99.2 ٪ في عام 2027 ؛ تم تحسين كفاءة SI أيضًا ، لكنها دائمًا أقل من كفاءة SIC.

3. ما هي العوامل التي تؤثر على تغييرات مؤشرات الأداء الرئيسية هذه؟ هناك العديد من الجوانب الرئيسية (نقاط التركيز التالية):

■ تطوير تكنولوجيا التكامل: بما في ذلك تكامل IC ، والتكامل الميكانيكي ، والاتصالات المخفضة ، وما إلى ذلك -> يساعد على تبسيط بنية النظام ، وتقليل فقدان الطاقة غير الضروري وتداخل الإشارة ، وبالتالي تقليل التكاليف ، وتحسين موثوقية النظام وكثافة الطاقة

■ استقرار سلسلة التوريد وتحسينه: يمكن أن يؤدي تأثير المقياس ، والتصميم الداخلي ، والتوريد المحلي ، والعوامل الأخرى ، إلى التحكم بشكل فعال في التكاليف وضمان إمدادات مستقرة من المكونات ؛ من خلال توسيع نطاق الإنتاج وتحسين تصميم سلسلة التوريد ، يمكن تقليل تكلفة مكونات SIC و SI

■ الأساليب المبتكرة: مثل تضمين الرقائق في تكوينات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وخوارزميات البرامج (على سبيل المثال ، DPWM ، والتحكم في الموجة المربعة ، وتحسين تواتر الناقل ، والتحكم في المنحدر) ، وتكنولوجيا رقاقة SI/SIC من الجيل التالي ، وتكنولوجيا أطباء الجهاز المنخفضة ، وتوفير تعزيز الأداء الصلب. لذلك ، يمكننا أن ندرك أن قفزة الأداء للمحولات تنبع من تكنولوجيا أجهزة الطاقة التي تتطور من "اختراقات واحدة من النقطة" إلى "System Synergy": إن الحد من التكاليف على نطاق واسع من IGBTs المستندة إلى SI ، وإنجاز فعال في التكنولوجيا العادية. في هذا التحول ، سيحقق كل من يحقق "التحسين الثلاثي" في التكلفة والكفاءة والتكامل المبادرة في أنظمة محرك السيارات الكهربائية ويقود الصناعة إلى مرحلة عالية الأبعاد.

II: طوبولوجيا مفتاح SI/SIC الهجين

يتكون المفتاح الهجين من Si IGBT و SIC MOSFET بالتوازي. من خلال تصميم طوبولوجيا معقولة واستراتيجية القيادة ، فإن مزايا كليهما مكملة. لذلك ، فإن تعريف تصميم هيكل الطوبولوجيا أمر بالغ الأهمية!

لا يعزز هذا الطوبولوجيا فقط القدرة الحالية لجهاز التبديل ، ولكنها تقلل أيضًا من خسائر التوصيل والتبديل ، وبالتالي تحسين أداء النظام الكلي وكفاءته. لذلك ، من الضروري تحليل طبولوجيا مختلفة ودراسة التطبيقات في العالم الحقيقي للمفاتيح الهجينة في العزولات لإظهار آثارها الكبيرة في تعزيز كفاءة العاكس وموثوقيته.

خصائص جهاز التبديل المختلط SI/SIC

بعد استكشاف مختلف طوبولوجيا القيادة الهجينة ، سيركز هذا التحليل على تكوينات Si IGBT و SIC MOSFET لتفصيل النهج الفني. لنبدأ بفهم ثلاثة أسئلة أساسية: ما هي خصائص التبديل لـ Si IGBT مع SIC MOSFET؟ ما الذي يجعل هذه الخصائص فريدة من نوعها؟ وكيف يمكننا الاستفادة من نقاط القوة الفردية لتحقيق الأداء الأمثل؟

خصائص التوصيل: بسبب هياكلها المادية المميزة ، تظهر IGBTs و MOSFETs SIC منحنيات مميزة للإخراج كما هو موضح في الشكل أدناه. تُظهر MOSFETs SIC خصائص توصيل أكثر مقاومة ، في حين تتميز IGBTs بسلوك جهد الركبة (الجهد في الركبة). يظهر هذا الاختلاف الفني كخصائص فقدان التوصيل مميزة بين الجهازين:

في انخفاض التيار ، فإن SIC MOSFET لديها أصغر على الخسارة ؛ عندما يكون التيار كبيرًا (فوق نقطة التقاطع في المنحنى) ، فإن IGBT لديه خسارة أصغر.

خصائص التوصيل IGBT و SIC MOSFET

خصائص التبديل: IGBT هو جهاز ثنائي القطب ، وسيؤدي إعادة تركيب ناقلات الأقليات بالتأكيد إلى حدوث تيار متخلف عند إيقاف تشغيله ، مما يؤدي إلى ضعف خصائص فقدان التبديل. ومع ذلك ، فإن SIC MOSFET لديها سرعة تبديل أسرع ولا تيار متخلف ، وبالتالي فإن فقدان التبديل له مزايا واضحة مقارنة بـ IGBT

في الختام ، لا تملك أجهزة SIC MOSFET مزايا أداء هائلة في جميع ظروف التحميل. من السهل أن نفهم أن نقطة التعادل تحتاج إلى مراعاة عند الاختيار بين SIC MOSFET و SI IGBT.

ثلاثة: إدارة التوقيت والتحكم في استراتيجية التبديل الهجين

بمجرد أن يكون لدينا فهم عميق لخصائص الجهاز والطريقة الصحيحة لتطبيقها على مستوى النظام ، فإن الخطوة التالية هي النظر في كيفية تنفيذ أفكار التصميم هذه؟ هناك ثلاث مشكلات رئيسية: النسبة الحالية ، وإدارة التوقيت ، واستراتيجية التحكم.

1. النسبة الحالية تتناول بشكل أساسي: كيفية زيادة قدرة إخراج مفاتيح الطاقة مع ضمان تشغيلها الآمن؟ باستخدام أجهزة 1200V من Infineon كدراسة حالة ، يوضح هذا التحليل أداء التبديل الفعلي لأربعة أجهزة هجينة على منصة اختبار مزدوجة النبض المزدوج. توضح النتائج كيف تؤثر السعة الحالية على توزيع نسب التيار الهجينة المختلفة ، مع النظر أيضًا في نطاق التشغيل الآمن للأجهزة.

2. وصف مفصل لخصائص جهاز SI/SIC: 2.5 الخسارة المثلى في التبديل غير المتزامن

تعتبر إدارة التسجيل مكونًا مهمًا في تصميم مفتاح Si/SiC الهجين. من خلال التحكم بدقة في توقيت التبديل لـ Si IGBTs و SIC MOSFETs ، يمكننا تحقيق تبديل الجهد (ZVs) في IGBTs ، مما يقلل بشكل كبير من خسائر التبديل. الأسئلة الرئيسية هي: كيفية تحسين خسائر التبديل الهجين من خلال استراتيجيات التبديل غير المتزامن؟ ما هي أوضاع التبديل المختلفة (اختيارات توقيت التبديل)؟ كيف تؤثر تأخيرات التشغيل المتنوعة والتأخير على الخسائر على الدولة وخارج الدول في المفاتيح الهجينة؟ هذه هي الجوانب الحاسمة التي نحتاج إلى معالجتها.

أخيرًا ، سنقدم العديد من السائقين الهجين المبتكر المتوفرة في السوق التي تتيح التشغيل المتزامن أو غير المتزامن لـ SIC MOSFETs و SI IGBTs مع دمج قدرات إدارة التوقيت المتقدمة. من خلال ضبط/إيقاف تشغيل أوقات التأخير بشكل ديناميكي وتسلسل الأولوية في الوقت الفعلي ، تعمل ICS على تحسين أداء التبديل عبر الأجهزة المختلطة ، وبالتالي تعزيز كفاءة النظام وموثوقيته.

خاتمة

كما يتضح من المقدمة أعلاه ، من أجل فهم الاتجاه التقني الكامل والمنهجي لـ SIC-SI Hybrid Power Poweructor ، فإن فكرتنا العامة هي اتخاذ ثلاث خطوات.

الخطوة 1: ابدأ مع المكونات الأساسية. أولاً فهمها بعمق ثم ناقش: ما هي خصائصهم الفردية؟ كيف يؤدون أداءً بالتوازي؟ كيف يمكننا استخدام خصائص هذه المكونات لتحسين أداء النظام؟

الخطوة 2: بعد فهم خصائص الجهاز والأداء تحت أوضاع التبديل المختلفة ، ننتقل إلى مستوى العاكس. بناءً على تحليلنا على مستوى الجهاز ، يستكشف هذا القسم كيفية زيادة خصائص إخراج الترانزستور إلى الحد الأقصى من خلال نسب SIC/SI المحسنة واستراتيجيات القيادة المصممة لظروف التطبيق ، مع تحقيق كفاءة النظام أعلى وانخفاض فقدان الطاقة. كيف يمكننا الاستفادة الكاملة من إمكانات الحمل الحالية لـ SIC MOSFETs و SI IGBTS في ظل ظروف تحميل مختلفة لتحقيق التوازن الأمثل بين الكفاءة والأداء؟

الجزء الثالث: بعد أن اكتسبت فهمًا شاملاً لخصائص الجهاز وأساليب التطبيق على مستوى النظام ، فإن السؤال الحاسم التالي هو كيفية تنفيذ مفاهيم التصميم هذه. سيقوم هذا القسم بفحص كيفية تحقيق تشغيل فعال لأجهزة الطاقة الهجينة SIC-Si من خلال استراتيجيات التحكم المصممة جيدًا وأفنية دائرة السائق ، مع التركيز على ICS وتصميم الدائرة.

في النهاية ، يبقى السؤال الحاسم: ما هي التطبيقات العملية والآفاق المستقبلية للمفاتيح الهجينة SI/SIC في السيارات الكهربائية؟ مع استمرار توسيع سوق EV ويتقدم تقنيات الطاقة الجديدة ، فإن الطلب على أجهزة التبديل عالية الكفاءة ، والكثافة العالية ، وأجهزة التبديل عالي الاعتماد على النمو. بفضل أدائها المتفوق ومزايا التكلفة ، قد تصبح مفاتيح Si/SIC الهجينة قريبًا حل التبديل المهيمن ، مما يؤدي إلى ضخ الزخم الجديد في ابتكار المنتجات والترقيات التكنولوجية.