Το εταιρικό blog για Παροχή συστημάτων ισχύος SiC της Mitsubishi: SiC DIPIPM, SiC Power Module, SiC-MOSFET

Παροχή συστημάτων ισχύος SiC της Mitsubishi: SiC DIPIPM, SiC Power Module, SiC-MOSFET

Η εταιρεία Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.,ως επαγγελματίας διανομέας ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, αξιοποιεί την πολυετή εμπειρία του κλάδου και μια σταθερή αλυσίδα εφοδιασμού για την παροχή λύσεων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων για την αγορά, συμπεριλαμβανομένων των τσιπ 5G,νέες ενεργειακές διακυμάνσεις, IC IoT, IC Bluetooth, IC δικτύωσης οχημάτων, IC αυτοκινήτων, IC επικοινωνιών, IC τεχνητής νοημοσύνης, IC μνήμης, IC αισθητήρων, IC μικροελεγκτών, IC δέκτη, IC Ethernet,Τσιπάκια WiFiΗ εταιρεία έχει πάντα τηρεί την αρχή της “υπηρεσίας των πελατών και της ωφέλειας των πελατών,∙ παροχή στους πελάτες υψηλής ποιότητας και ποικίλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Η σειρά συσκευών ισχύος Mitsubishi SiC καλύπτει ολόκληρη τη σειρά προϊόντων από τις διακριτές συσκευές έως τις έξυπνες μονάδες, που περιλαμβάνουν κυρίως τρεις κύριες κατηγορίες:

SiC DIPIPM (Dual In-Line Package Intelligent Power Module): Μια συμπαγή λύση που ενσωματώνει κυκλώματα κίνησης και λειτουργίες προστασίας

Μονούλες ισχύος SiC: Συμπεριλαμβανομένων των μονάδων SiC και των υβριδικών μονάδων SiC, κατάλληλων για εφαρμογές μεσαίας έως υψηλής ισχύος

SiC-MOSFET: Διακριτή μορφή συσκευής, προσφέροντας ευελιξία σχεδιασμού και πλεονεκτήματα απόδοσης υψηλής συχνότητας

Τα προϊόντα αυτά αξιοποιούν τις μοναδικές φυσικές ιδιότητες του υλικού SiC, όπως η υψηλή αντοχή πεδίου διάσπασης, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και η υψηλή ταχύτητα κλίσης κορεσμού ηλεκτρονίων,να αποδεικνύουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε τομείς όπως η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από νέες ενέργειες, ηλεκτρικών οχημάτων, βιομηχανικών κινητήρων μεταβλητής συχνότητας και έξυπνων δικτύων.Οι συσκευές ισχύος SiC της Mitsubishi μπορούν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας του συστήματος κατά περισσότερο από 30%, βελτιώνουν σημαντικά την πυκνότητα ισχύος, μειώνοντας ταυτόχρονα το μέγεθος και το βάρος του συστήματος.

Χαρακτηριστικά των έξυπνων μονάδων ισχύος Mitsubishi SiC DIPIPM

Τα Mitsubishi SiC DIPIPM αντιπροσωπεύουν την πρωτοποριακή κατεύθυνση ανάπτυξης της τεχνολογίας έξυπνων μονάδων ισχύος.Αυτές οι ενότητες ενσωματώνουν SiC MOSFET ή SiC SBDs (Διοίδες φραγμού Schottky) με κυκλώματα κίνησης και λειτουργίες προστασίας σε ένα συμπαγές διπλό σε σειρά πακέτο, παρέχοντας στους σχεδιαστές συστημάτων μια λύση plug-and-play υψηλής απόδοσης.Τα SiC DIPM αξιοποιούν πλήρως τα πλεονεκτήματα απόδοσης των υλικών καρβιδίου του πυριτίου διατηρώντας ταυτόχρονα τα οφέλη της ευκολίας σχεδιασμού και της υψηλής αξιοπιστίας, καθιστώντας τους ιδιαίτερα κατάλληλους για εφαρμογές με περιορισμούς χώρου αλλά αυστηρές απαιτήσεις απόδοσης.

Τεχνικά χαρακτηριστικά των SiC DIPIPM

Οι μονάδες SiC DIPIPM της Mitsubishi ενσωματώνουν πολλαπλές καινοτόμες τεχνολογίες, με βασικά χαρακτηριστικά όπως:

Σχεδιασμός υψηλής απόδοσης: Χρησιμοποιώντας τα MOSFET SiC ως συσκευές εναλλαγής, το SiC DIPIPM μειώνει σημαντικά τις απώλειες αντίστασης και εναλλαγής σε σύγκριση με τα παραδοσιακά IGBT με βάση το πυρίτιο.Τα δεδομένα δοκιμής δείχνουν ότι υπό πανομοιότυπες συνθήκες λειτουργίας, οι συνολικές απώλειες των SiC DIPIPM μπορούν να μειωθούν κατά περισσότερο από 40% σε σύγκριση με τις IPM με βάση το πυρίτιο, με αποτέλεσμα τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης του συστήματος κατά 2,5 ποσοστιαίες μονάδες.

Δυνατότητα λειτουργίας υψηλής συχνότητας:Τα χαρακτηριστικά του υλικού SiC επιτρέπουν στο DIPIPM να λειτουργεί σε υψηλότερες συχνότητες διασύνδεσης (έως 100 kHz ή υψηλότερες) χωρίς να υποστεί υπερβολικές απώλειες διασύνδεσης όπως οι συσκευές πυριτίουΤο χαρακτηριστικό αυτό επιτρέπει στα συστήματα εφαρμογής να χρησιμοποιούν μικρότερα παθητικά συστατικά (όπως επαγωγείς και πυκνωτές), μειώνοντας έτσι το μέγεθος και το βάρος του συστήματος.

Ενσωματωμένες λειτουργίες προστασίας: Η μονάδα ενσωματώνει πολλαπλά κυκλώματα προστασίας, συμπεριλαμβανομένης της αποκλεισμού χαμηλής τάσης (UVLO), της προστασίας από υπερστροφή (OCP), της προστασίας από υπερθερμοκρασία (OTP),και προστασία από βραχυκύκλωμα (SCP)Αυτές οι λειτουργίες προστασίας υλοποιούνται μέσω ενός ειδικού διαδίκτυου ελέγχου IC, με χρόνο απόκρισης τόσο γρήγορο όσο μικροδευτερόλεπτα.αποτελεσματική πρόληψη της βλάβης των συσκευών ισχύος λόγω μη φυσιολογικών συνθηκών.

Απλοποιημένη θερμική διαχείριση: Λόγω της ικανότητας λειτουργίας των συσκευών SiC σε υψηλές θερμοκρασίες (μέγιστη θερμοκρασία διασύνδεσης έως 200 °C) και των χαμηλών απωλειών,Η DIPIPM έχει σχετικά χαλαρές απαιτήσεις για συστήματα διάσπασης θερμότηταςΣε πολλές εφαρμογές, οι απλοί απορροφητές θερμότητας αλουμινίου ή ακόμη και η διάχυση θερμότητας από φύλλο χαλκού PCB μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις, μειώνοντας σημαντικά την πολυπλοκότητα και το κόστος του θερμικού σχεδιασμού του συστήματος.

Συμπίεση συσκευασίας: Με την υιοθέτηση του τυποποιημένου τύπου DIP (διπλό ενδογραμμικό πακέτο), με βελτιστοποιημένη απόσταση και διάταξη των πινών, διευκολύνει τον σχεδιασμό διάταξης PCB.Το τυπικό μέγεθος συσκευασίας είναι μόνο το ένα τρίτο έως το ήμισυ του μέγεθου των παραδοσιακών IPM, καθιστώντας το ιδιαίτερα κατάλληλο για ενσωματωμένες εφαρμογές με περιορισμένο χώρο.

Σύγκριση και ανάλυση των συσσωρευτικών μονάδων ισχύος SiC της Mitsubishi και των υβριδικών συσσωρευτών ισχύος SiC

Ως ηγέτης στον τομέα των ημιαγωγών ισχύος, η Mitsubishi Electric προσφέρει δύο μεγάλες σειρές προϊόντων: μονάδες ισχύος SiC και υβριδικές μονάδες ισχύος SiC,εξυπηρέτηση των ισορροπημένων απαιτήσεων απόδοσης και κόστους διαφορετικών σενάριων εφαρμογήςΠαρόλο που οι δύο αυτοί τύποι μονάδων έχουν παρόμοια ονόματα, παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές στην τεχνική αρχιτεκτονική, τα χαρακτηριστικά απόδοσης και την τοποθέτηση των εφαρμογών.Η πλήρης κατανόηση αυτών των διαφορών είναι ζωτικής σημασίας για τους μηχανικούς για να κάνουν τη σωστή επιλογή και να βελτιστοποιήσουν το σχεδιασμό του συστήματος.

Τεχνικά πλεονεκτήματα των μονάδων ισχύος All-SiC

Οι μονάδες ισχύος της Mitsubishi που είναι κατασκευασμένες αποκλειστικά με SiC χρησιμοποιούν καθαρό υλικό καρβιδίου του πυριτίου, ενώ όλες οι συσκευές διακόπτη και οι διόδοι της μονάδας είναι ημιαγωγοί με βάση το SiC,που περιλαμβάνουν κυρίως SiC MOSFETs και SiC SBDs (διαόδους φραγμού Schottky)Αυτή η αρχιτεκτονική All-SiC προσφέρει πολλαπλά πλεονεκτήματα απόδοσης:

Υπερ-χαμηλές απώλειες διακόπτη: Τα SiC MOSFET έχουν εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες διακόπτη, με τις απώλειες ενέργειας κατά τη διάρκεια των διαδικασιών ενεργοποίησης και απενεργοποίησης να είναι μόνο 1/5 έως 1/10 εκείνων των IGBT πυριτίου.Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά τις μονάδες SiC ιδιαίτερα κατάλληλες για εφαρμογές μεταγωγής υψηλής συχνότητας, όπως το στάδιο αύξησης DC-DC σε ηλιακούς μετατροπείς.

Δυνατότητα λειτουργίας σε υψηλές θερμοκρασίες: Τα ευρεία χαρακτηριστικά εύρους ζώνης του υλικού SiC (3,26 eV) του επιτρέπουν να λειτουργεί αξιόπιστα σε θερμοκρασίες διασταύρωσης 200 °C ή υψηλότερες,ότι οι παραδοσιακές συσκευές πυριτίου περιορίζονται συνήθως σε θερμοκρασίες κάτω των 150 °CΑυτό το χαρακτηριστικό απλοποιεί τον σχεδιασμό του συστήματος διάσπασης θερμότητας και αυξάνει την πυκνότητα ισχύος.

Υψηλή τάση αποκλεισμού: Οι μονάδες ισχύος υψηλής τάσης HV-SiC της Mitsubishi μπορούν να επιτύχουν τάσεις αποκλεισμού άνω των 10kV, καθιστώντας τους ιδιαίτερα κατάλληλους για εφαρμογές υψηλής τάσης όπως τα έξυπνα δίκτυα,Μεταφορά συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης (HVDC) και βιομηχανικές μονάδες μεταφοράς μεγάλης κλίμακας.

Ουσιαστικά, τα συστήματα που χρησιμοποιούν μονάδες SiC μπορούν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας κατά περισσότερο από 30% σε σύγκριση με τις παραδοσιακές λύσεις IGBT με βάση το πυρίτιο.ενώ μειώνει σημαντικά το μέγεθος και το βάρος του συστήματοςΓια παράδειγμα, σε σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, οι μονάδες που αποτελούνται αποκλειστικά από SiC μπορούν να αυξήσουν την απόδοση φόρτισης κατά 2-3% ενώ θα μειώσουν το μέγεθος της μονάδας ισχύος κατά 40%.

Σύγκριση κόστους-αποτελεσματικότητας των υβριδικών συσσωρευτών ισχύος SiC

Οι υβριδικές μονάδες ισχύος SiC υιοθετούν μια τεχνολογική προσέγγιση συμβιβασμού, συνδυάζοντας τις διόδους φραγμού SiC Schottky (SBD) με IGBT με βάση το πυρίτιο στην ίδια μονάδα.Ο σχεδιασμός αυτός επιτυγχάνει μια καλή ισορροπία μεταξύ βελτίωσης της απόδοσης και ελέγχου του κόστους:

Βελτίωση των επιδόσεων των διόδων: Οι διόδοι ελεύθερης τροχιάς στη μονάδα χρησιμοποιούν SBD SiC,πλήρης εξάλειψη των εγγενών προβλημάτων ανάκτησης των διόδων πυριτίου και μείωση των απωλειών ανάκτησης κατά περισσότερο από 80%Η βελτίωση αυτή μειώνει σημαντικά τον θόρυβο και τις απώλειες κατά τη σβήσιση των διόδων.

Πλεονέκτημα κόστους: διατηρώντας τα IGBT με βάση το πυρίτιο ως συσκευές διακόπτη, το κόστος των υβριδικών συσσωρευτών SiC είναι 30-50% χαμηλότερο σε σχέση με τις λύσεις που βασίζονται αποκλειστικά σε SiC,την ευκολότερη πρόσβασή τους για εφαρμογές που αφορούν τις τιμές.

συμβατότητα με υφιστάμενα σχέδια: Οι απαιτήσεις κίνησης για υβριδικές μονάδες SiC είναι ουσιαστικά οι ίδιες με τις τυποποιημένες IGBT,επιτρέποντας στους μηχανικούς να αναβαθμίσουν τις επιδόσεις του συστήματος χωρίς σημαντική τροποποίηση των υφιστάμενων κυκλωμάτων κίνησης, μειώνοντας έτσι την πολυπλοκότητα της μετανάστευσης σχεδίου.

Οι υβριδικές μονάδες ισχύος SiC της Mitsubishi είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αξιοπιστία και σταδιακή βελτίωση των επιδόσεων, όπως οι κινητήρες βιομηχανικών κινητήρων,Παραγωγή αιολικής ενέργειας, και των σιδηροδρομικών μεταφορών.

Χαρακτηριστικά των διακριτών συσκευών Mitsubishi SiC-MOSFET

Οι διακριτές συσκευές Mitsubishi SiC-MOSFET προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία και επιλογές προσαρμογής για το σχεδιασμό συστημάτων ηλεκτρονικής ισχύος.Τα διακριτά SiC-MOSFET επιτρέπουν στους μηχανικούς να επιλέγουν ελεύθερα δομές τοπολογίας, διαμορφώσεις διάταξης και λύσεις θερμικής διαχείρισης, καθιστώντας τους ιδιαίτερα κατάλληλους για εφαρμογές που απαιτούν ειδικές διαμορφώσεις ή εκείνες με εξαιρετική ευαισθησία κόστους.

Βασικές παράμετροι απόδοσης και πλεονεκτήματα

Οι διακριτές συσκευές Mitsubishi SiC-MOSFET αποδεικνύουν διάφορες μετρήσεις απόδοσης, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για το σχεδιασμό ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος:

Χαμηλή αντίσταση: Χάρη στα υψηλά χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου κρίσιμης διάσπασης του υλικού SiC,Τα Mitsubishi SiC-MOSFET επιτυγχάνουν χαμηλότερη αντίσταση ανάφλεξης (Rds ((on)) από τα MOSFET με βάση το πυρίτιο στην ίδια ονομαστική τάσηΓια παράδειγμα, οι συσκευές με ονομαστική τάση 1200V μπορούν να επιτύχουν αντίσταση ανάφλεξης τόσο χαμηλή όσο 40mΩ ή χαμηλότερη, μειώνοντας σημαντικά τις απώλειες αγωγιμότητας.

Υπερ-γρήγορη ταχύτητα εναλλαγής: Ο χρόνος εναλλαγής των SiC-MOSFET είναι συνήθως σε δεκάδες νανοδευτερόλεπτα, η οποία είναι μία τάξη μεγέθους ταχύτερη από τα IGBT πυριτίου.Αυτό το χαρακτηριστικό όχι μόνο μειώνει τις απώλειες μετάδοσης αλλά επιτρέπει επίσης στο σύστημα να λειτουργεί σε υψηλότερες συχνότητες, μειώνοντας έτσι το μέγεθος των παθητικών στοιχείων.

Εξαιρετικά χαρακτηριστικά διόδου σώματος: Σε αντίθεση με τα MOSFET πυριτίου, η διώδης σώματος των SiC-MOSFET έχει χαμηλότερη πτώση τάσης προς τα εμπρός και ουσιαστικά καμία αντίστροφη φόρτιση ανάκτησης,η οποία επιτρέπει την εξάλειψη των εξωτερικών διόδων ελεύθερης τροχιάς σε ορισμένες εφαρμογές και απλοποιεί τον σχεδιασμό κυκλωμάτων.

Σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες: Τα Mitsubishi SiC-MOSFET παρουσιάζουν ελάχιστες αλλαγές στην υπεραγωγικότητα (gfs) και την κατώτατη τάση (Vth) σε υψηλές θερμοκρασίες,διασφάλιση σταθερών χαρακτηριστικών διακόπτη σε ολόκληρο το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας.