SIC + SI Invertisseur de fusion de carbone mixte · Analyse du panorama du concept à la mise en œuvre de la solution système

SIC + SI Invertisseur de fusion de carbone mixte · Analyse du panorama du concept à la mise en œuvre de la solution système

INTRODUCTION: Avec l'avancement rapide de la technologie des véhicules électriques, l'innovation et l'optimisation des dispositifs d'alimentation sont devenus des moteurs clés pour les progrès de l'industrie. La technologie hybride multi-variable multi-variable SIC (carbure de silicium) et SI (Silicon), en tant que réalisation innovante hautement vers l'avant, gagne progressivement dans le secteur des véhicules électriques.

I: De quel type d'onduleur le marché a-t-il besoin?

La tendance de développement des véhicules électriques de la Chine et la demande de semi-conducteurs de puissance

Le marché chinois des véhicules électriques est entré dans une phase de croissance explosive, émergeant comme un moteur charnière dans la transition mondiale vers une nouvelle énergie. Comme le montre le graphique ci-dessous, les ventes sont passées de dizaines de milliers à 12,87 millions d'unités au cours de la décennie de 2013 à 2024, tirées par le soutien politique, une sensibilisation à l'environnement des consommateurs accru et des progrès technologiques. Les véhicules de tourisme continuent de voir leur part de marché dans les véhicules électriques grimper régulièrement, les véhicules électriques représentant 40,9% des ventes de voitures neuves d'ici 2024. Le marché passe des initiatives axées sur les politiques à la croissance dirigée par la demande, avec l'acceptation des consommateurs atteignant des niveaux sans précédent.

Dans le segment de marché, PHEV et Reev ont atteint un taux de croissance de 84,69% au cours des deux dernières années. Leur fonctionnalité de «charge flexible» - utilisant le mode électrique pur pour les déplacements urbains afin de réduire les coûts tout en utilisant une charge alimentée par le carburant pour les déplacements à longue distance pour atténuer l'anxiété de l'aire de répartition - les propres scénarios utilisateur divers. En ce qui concerne les plates-formes de tension, la part de marché de la plate-forme à haute tension de 800 V est passée de 2% en 2022 à 15% d'ici 2025. Avec des capacités de charge rapide (plus de 300 kW) et des améliorations importantes de l'efficacité énergétique, il répond efficacement aux exigences des véhicules premium.

Les exigences des véhicules électriques des consommateurs de plus en plus diversifiés, il y a une préférence croissante pour "plus grand espace de cabine" et "une puissance plus forte". Cette tendance entraîne l'évolution des groupes motopropulseurs pour être "plus petit, plus puissant, plus efficace et plus rentable". Après avoir analysé les tendances du marché, comment les principales métriques de performance des onduleurs - des composants de l'origine dans les systèmes d'entraînement électrique - ont-ils développé? Explorons en détail la feuille de route pour l'onduleur KPI Evolution.

2: Route de route de développement KPI de l'onduleur: Rate Direction de l'innovation semi-conductrice

En tant que composant critique des véhicules électriques, les onduleurs de traction déterminent directement la puissance de la puissance du véhicule, l'efficacité énergétique et l'expérience de conduite. L'optimisation de leurs performances est devenue une stratégie vitale pour les constructeurs automobiles et les fournisseurs afin d'améliorer la compétitivité. Examinons les KPI clés des onduleurs: rentabilité, densité de puissance et efficacité du cycle. Quelles sont les tendances de développement actuelles dans ces domaines?

Le graphique ci-dessous montre la tendance changeante des KPI de base de l'onduleur de 2019 à 2027. Grâce à la "feuille de route KPI onduler", nous pouvons clairement capturer:

■ Coût: Depuis 2019, le prix du SI IGBT a diminué de 65%, et le prix du SIC a diminué dans une certaine mesure, mais il est toujours environ 2,5 à 3 fois plus cher que SI IGBT.

■ Densité de puissance: La courbe de densité de puissance de l'onduleur montre une tendance à la hausse, de 37 kW / L en 2019 à 100 kW / L en 2027, contribuant à obtenir des conceptions plus compactes et efficaces.

■ Efficacité CLTC-P: La courbe d'efficacité du SIC devrait passer de 95,8% en 2019 à 99,2% en 2027; L'efficacité du SI est également améliorée, mais elle est toujours inférieure à celle du sic.

3. Quels sont les facteurs qui affectent les changements de ces KPI? Il existe plusieurs aspects principaux (les points de mise au point suivants):

■ Développement de la technologie de l'intégration: y compris l'intégration des circuits intégrés, l'intégration mécanique, les connexions réduites, etc. -> Aide à simplifier la structure du système, à réduire la perte d'énergie inutile et l'interférence du signal, réduisant ainsi les coûts, améliorant la fiabilité du système et la densité de puissance

■ Stabilité et optimisation de la chaîne d'approvisionnement: l'effet d'échelle, la conception interne, l'offre locale et d'autres facteurs peuvent contrôler efficacement les coûts et garantir l'offre stable de composants; En élargissant l'échelle de production et en optimisant la disposition de la chaîne d'approvisionnement, le coût des composants SIC et SI peut être réduit

■ Approches innovantes: telles que l'intégration des puces dans les configurations de PCB, les algorithmes logiciels (par exemple, DPWM, la technologie des chutes Square Wave, l'optimisation de la fréquence des opérateurs, le contrôle de la pente), les dispositifs d'électricité SI / SIC de nouvelle génération, la topologie à trois niveaux de fuite améliorent les performances des dispositifs de dispositif et la relance, offrant une prise en charge technique solide pour les performances des appareils. Par conséquent, nous pouvons percevoir que le saut de performance des onduleurs provient de la technologie des dispositifs de puissance passant de la "percées à point unique" à "Synergy System": la réduction des coûts à grande échelle des IGBT à base de Si, la percée efficace de la SIC, et la synergie de diverses technologies innovantes forment la "compétitivité tridimensionnelle" de la technologie invertivante. Dans cette transformation, quiconque atteint la «triple optimisation» en coût, en efficacité et en intégration saisira l'initiative dans les systèmes de conduite de véhicules électriques et conduira l'industrie à un stade plus dimensionnel.

II: Topologie de l'interrupteur hybride SI / SIC

L'interrupteur hybride est composé de SI IGBT et MOSFET SIC en parallèle. Grâce à la conception et à la stratégie de conduite raisonnables, les avantages des deux sont complémentaires. Par conséquent, la définition de conception de la structure de la topologie est cruciale!

Cette topologie améliore non seulement la capacité de transport en courant des dispositifs de commutation, mais réduit également les pertes de conduction et de commutation, améliorant ainsi les performances et l'efficacité globales du système. Par conséquent, il est essentiel d'analyser différentes topologies et d'étudier les applications du monde réel des commutateurs hybrides dans les onduleurs pour démontrer leurs effets significatifs sur l'augmentation de l'efficacité et de la fiabilité de l'onduleur.

Caractéristiques du dispositif de commutation mixte SI / SIC

Après avoir exploré diverses topologies d'entraînement hybrides, cette analyse se concentrera sur les configurations SI IGBT et MOSFET SIC pour détailler l'approche technique. Commençons par comprendre trois questions fondamentales: quelles sont les caractéristiques de commutation de Si IGBT combinées avec SIC MOSFET? Qu'est-ce qui rend ces caractéristiques uniques? Et comment pouvons-nous tirer parti de leurs forces individuelles pour obtenir des performances optimales?

Caractéristiques de conduction: en raison de leurs structures physiques distinctes, IGBTS et MOSFET SIC présentent différentes courbes caractéristiques de sortie comme indiqué sur la figure ci-dessous. Les MOSFET SIC présentent des caractéristiques de conduction plus résistives, tandis que les IGBTS présentent un comportement de tension du genou prononcée (tension du genou). Cette différence technique se manifeste comme caractéristiques distinctes de perte de conduction entre les deux appareils:

À faible courant, le MOSFET SIC a une perte plus petite; Lorsque le courant est grand (sur le point d'intersection de la courbe), l'IGBT a une perte plus petite.

Caractéristiques de conduction de la MOSFET IGBT et SIC

Caractéristiques de commutation: IGBT est un dispositif bipolaire, et la recombinaison des porteurs minoritaires provoquera certainement un courant de fuite lorsqu'il est désactivé, ce qui entraîne de mauvaises caractéristiques de perte de commutation. Cependant, SIC MOSFET a une vitesse de commutation plus rapide et pas de courant de fuite, donc sa perte de commutation a des avantages évidents par rapport à IGBT

En conclusion, les dispositifs MOSFET SIC n'ont pas de avantages écrasants dans toutes les conditions de charge. Il est facile de comprendre qu'un seul point de rupture doit être pris en compte lors du choix entre SIC MOSFET et SI IGBT.

Trois: stratégie de gestion et de contrôle du synchronisation du commutateur hybride

Une fois que nous avons une compréhension approfondie des caractéristiques des appareils et de la bonne façon de les appliquer au niveau du système, la prochaine étape consiste à réfléchir à la façon de mettre en œuvre ces idées de conception? Il y a trois problèmes clés: le ratio actuel, la gestion du calendrier et la stratégie de contrôle.

1. Le rapport actuel s'adresse essentiellement: comment maximiser la capacité de sortie des commutateurs d'alimentation tout en garantissant leur fonctionnement sûr? En utilisant les dispositifs 1200 V d'Infineon comme étude de cas, cette analyse démontre les performances de commutation réelles de quatre dispositifs hybrides sur une plate-forme de test à double impulsion parallèle à double tube. Les résultats illustrent comment la capacité actuelle influence la distribution sous différents ratios de courant hybride, tout en considérant la plage de fonctionnement sûre des appareils.

2. Description détaillée des caractéristiques du dispositif SI / SIC: 2.5 Perte optimale de commutation asynchrone

La gestion des boucles est un composant essentiel dans la conception du commutateur hybride SI / SIC. En contrôlant précisément le synchronisation de commutation des IGBT SI et des MOSFET SIC, nous pouvons atteindre une commutation de tension nulle (ZVS) dans les IGBT, réduisant ainsi considérablement les pertes de commutation. Les questions clés sont les suivantes: comment optimiser les pertes de commutation hybride grâce à des stratégies de commutation asynchrones? Quels sont les différents modes de commutation (choix de synchronisation de commutation)? Comment la variation des retards d'activation et de désactivation affecte-t-elle les pertes sur l'État et les pertes hors État dans les commutateurs hybrides? Ce sont les aspects critiques que nous devons aborder.

Enfin, nous introduirons plusieurs circuits hybrides innovants disponibles sur le marché qui permettent un fonctionnement synchrone ou asynchrone des MOSFET SIC et des SI IGBT tout en incorporant des capacités de gestion avancée du calendrier. En ajustant dynamiquement les temps de retard marche / arrêt et les séquences de priorité en temps réel, ces CI optimisent les performances de commutation entre les appareils hybrides, améliorant ainsi l'efficacité et la fiabilité du système.

Conclusion

Comme on peut le voir à partir de l'introduction ci-dessus, afin de comprendre pleinement et systématiquement la direction technique du semi-conducteur de puissance hybride SIC-SI, notre idée globale est de prendre trois étapes.

Étape 1: Commencez par les composants les plus élémentaires. Comprenez-les d'abord en profondeur, puis discutez: quelles sont leurs caractéristiques individuelles? Comment fonctionnent-ils en parallèle? Comment pouvons-nous utiliser les caractéristiques de ces composants pour optimiser les performances du système?

Étape 2: Après avoir compris les caractéristiques et les performances de l'appareil sous différents modes de commutation, nous passons au niveau de l'onduleur. S'appuyant sur notre analyse au niveau de l'appareil, cette section explore comment maximiser les caractéristiques de sortie du transistor grâce à des rapports SIC / SI optimisés et des stratégies de conduite adaptées aux conditions d'application, tout en atteignant une efficacité du système plus élevée et une perte de puissance réduite. Comment pouvons-nous tirer pleinement parti des capacités de transport en courant des MOSFET sic et des IGBS SI dans diverses conditions de charge pour obtenir un équilibre optimal entre l'efficacité et les performances?

Partie III: Ayant acquis une compréhension approfondie des caractéristiques des appareils et des approches d'application au niveau du système, la prochaine question critique est de savoir comment mettre en œuvre ces concepts de conception. Cette section examinera comment réaliser un fonctionnement efficace des dispositifs d'alimentation hybrides SIC-SI grâce à des stratégies de contrôle bien conçues et des architectures de circuits de conduite, en se concentrant sur les circuits intégrés du conducteur et la conception de circuits.

En fin de compte, la question critique demeure: quelles sont les applications pratiques et les perspectives d'avenir des commutateurs hybrides SI / SIC dans les véhicules électriques? Alors que le marché EV continue de se développer et que de nouvelles technologies énergétiques progressent, la demande de dispositifs de commutation à haute efficacité, à densité haute puissance et hautement fiables continuera de croître. Avec leurs performances supérieures et leurs avantages de coût, les commutateurs hybrides SI / SIC pourraient bientôt devenir la solution de commutation dominante, injectant une nouvelle élan dans l'innovation des produits et les mises à niveau technologiques.