يُمكن للجيل الثالث من أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة، والمتمثلة في كربيد السيليكون، أن تعمل بكفاءة في بيئات ذات درجات حرارة وفولتية وترددات أعلى، مع استهلاك طاقة أقل ومتانة وموثوقية أكبر. وسيُتيح هذا الجيل فرصًا هائلة للجيل القادم من منتجات إلكترونيات الطاقة الأصغر حجمًا والأسرع والأقل تكلفة والأكثر كفاءة.

سيساهم تطوير وتصنيع تقنية أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون في فتح آفاق جديدة لتطبيقات أنظمة الطاقة عالية الجهد، وسيكون له أثر بالغ على تحول نظام الطاقة. وتمنح الخصائص الممتازة لهذه الأجهزة، من حيث الكفاءة العالية، والجهد العالي، ودرجة الحرارة العالية، والتردد العالي، إمكانات تطبيقية هائلة في مجالات الأجهزة المنزلية، وتوفير الطاقة في المحركات، والمركبات الكهربائية، والشبكات الذكية، والفضاء، واستكشاف النفط، والأتمتة، والرادار، والاتصالات.

مقدمة عن أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون

1. تعريف كربيد السيليكون (SiC)

يشير مصطلح أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) إلى أجهزة إلكترونية طاقة ذات فجوة نطاق واسعة، مصنوعة من مادة أشباه الموصلات من الجيل الثالث SiC. وتتميز هذه الأجهزة بمقاومتها العالية للحرارة، وقدرتها على العمل بترددات عالية، وكفاءتها العالية. وبحسب طريقة عملها، تشمل أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون بشكل أساسي ثنائيات الطاقة وأنابيب تبديل الطاقة. وتشمل ثنائيات الطاقة ثنائيات شوتكي ذات حاجز الوصلة (JBS)، وثنائيات PiN، وثنائيات الوصلة الفائقة؛ بينما تشمل أنابيب تبديل الطاقة بشكل أساسي أنابيب تبديل تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOSFET)، وأنابيب تبديل تأثير المجال للوصلة (JFET)، وأنابيب التبديل ثنائية القطب (BJT)، وترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBT)، وثايرستورات إيقاف البوابة (GTO)، وثايرستورات إيقاف الباعث (ETO)، وغيرها.

2. المزايا التقنية

إن الخصائص الممتازة لأشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون تجعل أجهزة إلكترونيات الطاقة القائمة على كربيد السيليكون تتمتع بالمزايا البارزة التالية مقارنة بأجهزة السيليكون:

(1) يتميز بمقاومة تشغيل منخفضة. عند جهد انهيار منخفض (حوالي 50 فولت)، تبلغ مقاومة التشغيل النوعية لأجهزة كربيد السيليكون 1.12 ميكرو أوم فقط، أي ما يعادل 1/100 من مقاومة أجهزة السيليكون المماثلة. أما عند جهد انهيار مرتفع (حوالي 5 كيلو فولت)، فترتفع مقاومة التشغيل النوعية إلى 25.9 ملي أوم، أي ما يعادل 1/300 من مقاومة أجهزة السيليكون المماثلة. تُمكّن مقاومة التشغيل المنخفضة أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون من تقليل فقد التوصيل، وبالتالي تحقيق كفاءة إجمالية أعلى للجهاز.

(2) يتميز بجهد انهيار أعلى. على سبيل المثال: عادةً ما يكون تصنيف جهد ثنائيات شوتكي المصنوعة من السيليكون التجاري أقل من 300 فولت، لكن تصنيف جهد أول ثنائي شوتكي مصنوع من كربيد السيليكون التجاري قد وصل إلى 600 فولت؛ ويبلغ تصنيف جهد أول ترانزستور MOSFET مصنوع من كربيد السيليكون التجاري 1200 فولت، في حين أن معظم ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون شائعة الاستخدام أقل من 1 كيلو فولت.

(3) Lower junction-case thermal resistance makes the temperature of the device rise slower.

(4) درجة حرارة تشغيل قصوى أعلى. من المتوقع أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى لكربيد السيليكون إلى أكثر من 600 درجة مئوية، في حين أن درجة حرارة الوصلة القصوى لأجهزة السيليكون لا تتجاوز 150 درجة مئوية.

(5) مقاومة إشعاعية أقوى، مما يمكن أن يقلل من وزن معدات الحماية من الإشعاع عند استخدامها في الطيران والمجالات الأخرى.

(6) استقرار أعلى، تتغير خصائص الانعطاف والانعكاس لأجهزة كربيد السيليكون بشكل طفيف جدًا مع درجة الحرارة.

(7) انخفاض خسائر الغش. تتميز أجهزة كربيد السيليكون بخسائر تبديل صغيرة ويمكنها العمل بترددات تبديل أعلى (>20 كيلو هرتز) يصعب تحقيقها باستخدام أجهزة السيليكون عند مستويات طاقة تبلغ عشرات الكيلوواط.

3. الفئات الرئيسية

(1) ثنائي شوتكي من كربيد السيليكون

باعتبارها جهازًا أحادي القطب، لا تحتوي ثنائيات شوتكي الحاجزة (SBD) على حقن أو تخزين إضافي لحاملات الشحنة أثناء عملية التوصيل، لذا يكاد ينعدم تيار الاسترداد العكسي. تتميز عملية إيقاف تشغيلها بالسرعة الفائقة وفقد التبديل المنخفض جدًا. مع ذلك، نظرًا لانخفاض حاجز شوتكي في السيليكون، يكون تيار التسرب العكسي لثنائيات شوتكي الحاجزة المصنوعة من السيليكون كبيرًا نسبيًا، كما أن جهد الحجب منخفض. لذا، لا يمكن استخدامها إلا في تطبيقات الجهد المنخفض التي تتراوح بين 100 و200 فولت. تُستخدم ثنائيات PiN عادةً في تطبيقات الجهد العالي، ولكن تيار الاسترداد العكسي فيها كبير وفقد التبديل مرتفع أيضًا. نظرًا لقوة المجال الكهربائي الحرجة العالية لانهيار الانهيار الجليدي لمواد كربيد السيليكون، فمن السهل نسبيًا إنتاج ثنائيات شوتكي الحاجزة المصنوعة من كربيد السيليكون بجهد انهيار عكسي يتجاوز 1000 فولت.

استنادًا إلى هذه المزايا الفريدة لكربيد السيليكون، تُنتج شركات تصنيع أشباه الموصلات، مثل شركة كري، منتجات ثنائيات شوتكي من كربيد السيليكون عالية الجهد، بتيار يتراوح بين 1 و20 أمبير، وجهد 300 و600 و1200 فولت. يوضح الجدول 1 أبرز الشركات العالمية المصنعة لثنائيات شوتكي من كربيد السيليكون، ومستوى أجهزتها التجارية. وقد أطلقت شركة كري مؤخرًا أحدث ثنائيات شوتكي من كربيد السيليكون بجهد 1700 فولت. في تطبيقات التبديل عالية الجهد، تُقدم ثنائيات شوتكي من كربيد السيليكون أداءً مثاليًا تقريبًا. فهي تكاد تخلو من جهد الاستعادة الأمامي، ما يسمح بتشغيلها فورًا. وعلى عكس سعة الوصلة، فإن شحنتها المخزنة ضئيلة جدًا، ما يُتيح إيقاف تشغيلها بسرعة.

(2) ترانزستور طاقة من كربيد السيليكون

أجرت شركة أمريكان سيميساوث أبحاثًا معمقة حول ترانزستورات JFET المصنوعة من كربيد السيليكون، وهي حاليًا المورد الرئيسي لهذه الترانزستورات تجاريًا على مستوى العالم. يصل الحد الأقصى لجهد التشغيل لمنتجاتها من ترانزستورات JFET المصنوعة من كربيد السيليكون إلى 1700 فولت، والحد الأقصى للتيار إلى 30 أمبير.

بفضل خصائصها المتميزة وتطبيقاتها الناجحة، أصبحت ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون من أكثر الأجهزة شيوعًا في أبحاث إلكترونيات الطاقة المصنوعة من السيليكون. وقد تصدّرت شركة Cree الأمريكية الريادة في تحقيق إنجازات رائدة في أبحاث ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون، وأطلقت منتجين تجاريين منها، 10 أمبير/1200 فولت و20 أمبير/1200 فولت، لتصبح بذلك الشركة المصنّعة الوحيدة في العالم التي توفر ترانزستورات MOSFET منفصلة مصنوعة من السيليكون تجاريًا. كما تعمل شركة Rohm اليابانية بنشاط على تعزيز تسويق ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون. وقد صُممت هذه الترانزستورات الأولية من نوع DMOSFET ذات القناة N المصنوعة من السيليكون بشكل أساسي لتطبيقات 1200 فولت. وتتميز ترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون عند هذا المستوى من الجهد بمزايا أكبر من أجهزة السيليكون الحالية.

02

حالة تطوير أجهزة كربيد السيليكون في الخارج 1. الولايات المتحدة

في وقت مبكر من عام 1997، حددت الولايات المتحدة بوضوح أهداف تطوير أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض ضمن "خطة الدفاع الوطني والعلوم". وفي عام 2014، قاد الرئيس أوباما شخصيًا تأسيس الجيل الثالث من تحالف صناعة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض، ممثلًا بشركة SiC، لدعم هذه التقنية بشكل كامل، بهدف قيادة الابتكار التكنولوجي في الجيل القادم من تصنيع إلكترونيات الطاقة. وقد تلقى التحالف حتى الآن دعمًا إجماليًا قدره 140 مليون دولار أمريكي من الحكومات الفيدرالية والمحلية. ويهدف التحالف إلى جعل تقنية أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض قادرة على منافسة تقنية إلكترونيات الطاقة الحالية القائمة على السيليكون من حيث التكلفة خلال السنوات الخمس القادمة، لتصبح الجيل القادم من رقائق وأجهزة إلكترونيات الطاقة الموفرة للطاقة، والفعالة، وعالية القدرة. وسيقود هذا التحالف العديد من أكبر الأسواق الصناعية وأسرعها نموًا في العالم، بما في ذلك الإلكترونيات الاستهلاكية، والمعدات الصناعية، والاتصالات، والطاقة النظيفة، وغيرها، مما يعزز القدرة التنافسية الدولية بشكل شامل ويخلق فرص عمل ذات رواتب مجزية.

2. اليابان

منذ عام ١٩٩٨، واصلت الحكومة اليابانية تمويل الأبحاث المتعلقة بتقنية أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض. وفي عام ٢٠١٣، أدرجت اليابان نظام مواد كربيد السيليكون (SiC) ضمن "استراتيجية رئيس الوزراء"، إيمانًا منها بأن ٥٠٪ من وفورات الطاقة المستقبلية ستتحقق من خلال أجهزة كربيد السيليكون، مما يُسهم في إرساء عصر جديد للطاقة النظيفة. وفي السنوات الأخيرة، أطلقت منظمة تطوير تكنولوجيا الصناعات الطاقية الجديدة في اليابان (NEDO) خطة بحثية متعلقة بأجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون، تركز على تطبيق وحدات طاقة كربيد السيليكون في أنظمة دوائر قاطرات السكك الحديدية، وأنظمة تبادل الطاقة المتنوعة، وتوليد الطاقة، وأنظمة استعادة الحرارة المهدرة من الشواحن التوربينية الكهربائية المتكاملة، والمعدات الطبية المتطورة، وتصغير حجم المسرعات، وذلك بهدف تحقيق أهداف ترشيد استهلاك الطاقة وتحسين الكفاءة.

3. الاتحاد الأوروبي

في عام 2014، أطلق الاتحاد الأوروبي برنامجًا بحثيًا مدته ثلاث سنوات (2014-2017) حول تكنولوجيا طاقة كربيد السيليكون (SiC) لأنظمة الطاقة عالية الكفاءة (SPEED)، باستثمار إجمالي قدره 18.58 مليون يورو. شاركت في البرنامج 12 مؤسسة بحثية وشركة من 7 دول. يهدف البرنامج إلى تحقيق الريادة في تكنولوجيا أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون، وذلك من خلال الجمع بين كبرى الشركات المصنعة والباحثين في العالم، وتجاوز العقبات التقنية التي تواجه سلسلة صناعة أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون، وتحقيق تطبيق واسع النطاق في مجال الطاقة المتجددة. وفي عام 2015، مولت وزارة البحث العلمي الألمانية معهد كارلسروه للتكنولوجيا وشركاء صناعيين (بقيمة تمويل قدرها 800 ألف يورو) لإجراء أبحاث حول تحسين كفاءة الطاقة لمصادر الطاقة عالية التردد القائمة على أجهزة التبديل المصنوعة من كربيد السيليكون، بهدف تحسين كفاءة الطاقة في الإنتاج الصناعي، وخفض استهلاك الطاقة، وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

حالة تطوير أجهزة كربيد السيليكون في الصين

1. تايكو تيانرون

تأسست شركة تايكو تيانرون عام 2011. وتشمل منتجاتها منتجات تقنية أساسية، ومنتجات مصبوبة من كربيد السيليكون، ومجموعات متعددة من الحلول الصناعية. وتتمثل المنتجات الأساسية في ثنائيات شوتكي المصنوعة من كربيد السيليكون.

في عام 2015، أعلنت شركة تايكو تيانرون عن إطلاق منتج ثنائي شوتكي عالي الطاقة مصنوع من كربيد السيليكون بقدرة 3300 فولت/50 أمبير. ووفقًا للتقارير، يتميز هذا المنتج بانخفاض جهد التشغيل الأمامي، وسرعة التبديل العالية، والتوصيل الحراري الممتاز، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات المتطورة مثل النقل بالسكك الحديدية والشبكات الذكية.

بحسب التقارير، يبلغ انخفاض الجهد الأمامي النموذجي لثنائي شوتكي عالي القدرة من كربيد السيليكون 3300 فولت/50 أمبير 2.22 فولت (عند IF=50 أمبير، Tj=25 درجة مئوية) و4.75 فولت (عند IF=50 أمبير، Tj=175 درجة مئوية)؛ ويبلغ تيار التسريب العكسي النموذجي 120 ميكرو أمبير (عند VR=3300 فولت، Tj=25 درجة مئوية) و200 ميكرو أمبير (عند VR=3300 فولت، Tj=175 درجة مئوية)؛ مما يضمن أقصى قدر من الموثوقية في البيئات الكهربائية القاسية؛ ويمكن تشغيله بشكل طبيعي ضمن نطاق درجة حرارة من -55 درجة مئوية إلى 175 درجة مئوية. تتوفر المنتجات كرقائق غير مغلفة، ويمكن تخصيص أنواع تغليف الأجهزة وفقًا لمتطلبات العميل.

2. شركة شنتشن لأشباه الموصلات الأساسية

تأسست شركة شنتشن لأشباه الموصلات الأساسية عام 2016، وتركز على البحث والتطوير والتصنيع لأجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون. وهي من الشركات المؤسسة لمعهد شنتشن لأبحاث أشباه الموصلات من الجيل الثالث. لطالما ركزت شركة شنتشن لأشباه الموصلات الأساسية المحدودة على البحث والتطوير في مجال أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون. تشمل منتجاتها الرئيسية ثنائيات كربيد السيليكون، وموسفتات كربيد السيليكون، ووحدات موسفت كربيد السيليكون الكاملة المستخدمة في صناعة السيارات، والتي تُستخدم على نطاق واسع في توليد الطاقة المتجددة، ومركبات الطاقة المتجددة، والنقل بالسكك الحديدية، والشبكات الذكية.

يُعدّ ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون بجهد 1200 فولت، والذي أطلقته شركة Basic Semiconductor رسميًا في أكتوبر 2018، أول منتج صناعي مصمم بشكل مستقل من قبل شركة صينية، وقد اجتاز اختبارات الموثوقية بنجاح. وقد وصل أداؤه إلى مستوى عالمي رائد، حيث بلغ زمن تحمله للدارة القصيرة 6 ميكروثانية.

3. تكنولوجيا يانغجي

تتخصص شركة يانغجي للتكنولوجيا في التطوير الصناعي في مجالات تصنيع رقائق وأجهزة أشباه الموصلات للطاقة، وتغليف الدوائر المتكاملة واختبارها. تشمل منتجاتها الرئيسية رقائق أجهزة إلكترونيات الطاقة المختلفة، وثنائيات الطاقة، وجسور التقويم، ووحدات الطاقة العالية، ومنتجات DFN/QFN، وSGTMOS، وSBD من كربيد السيليكون، وJBS من كربيد السيليكون، وغيرها. تُستخدم منتجاتها على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية، والأمن، والتحكم الصناعي، وإلكترونيات السيارات، والطاقة الجديدة، والعديد من المجالات الأخرى.

يُظهر الموقع الرسمي لشركة Yangjie Technology وجود أربعة نماذج من وحدات شوتكي المصنوعة من كربيد السيليكون، وهي: MB200DU01FJ، وMB200DU02FJ، وMB300U02FJ، وMB40DU12FJ. وبالاطلاع على ورقة البيانات، يتضح أن النموذج MB200DU01FJ يُستخدم في مصادر الطاقة المستخدمة في الطلاء الكهربائي، ومصادر الطاقة عالية التردد، ومصادر الطاقة عالية التيار، وحماية البطاريات من عكس القطبية، وآلات اللحام، وغيرها من التطبيقات.

3. قلب لامع ورطب

تأسست شركة شينغوانغ رونزي في مارس 2016، وهي شركة تقنية متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع أجهزة ووحدات طاقة أشباه الموصلات من الجيل الثالث المصنوعة من كربيد السيليكون. في 18 سبتمبر 2018، تم تدشين أول خط إنتاج محلي لوحدات الطاقة الذكية المصنوعة من كربيد السيليكون (SiCIPM) من إنتاج شينغوانغ رونزي. بدأ المشروع رسميًا في ديسمبر 2016. ومن المتوقع أن يصل الإنتاج الشهري إلى 300,000 ألف وحدة، والإنتاج السنوي إلى 3.6 مليون وحدة، بعد استقرار خط الإنتاج. تُنتج الشركة حاليًا منتجات من كربيد السيليكون، بما في ذلك ثنائيات شوتكي (SBD) وموسفتات (MOSFET) المصنوعة من كربيد السيليكون. على سبيل المثال، يُعد XGSCS1230SWA أحد نماذج ثنائيات شوتكي المصنوعة من كربيد السيليكون، والذي يلبي متطلبات الجهد الكهربائي حتى 1200 فولت. وتشمل تطبيقاته مصادر الطاقة التبديلية، وتصحيح معامل القدرة، ومحولات الطاقة، وأنظمة الطاقة غير المنقطعة (UPS)، ومحركات المحركات، وغيرها.

4. شركة روينينغ لأشباه الموصلات

شركة روينينغ لأشباه الموصلات المحدودة هي مشروع مشترك عالي التقنية، تأسس بين شركتي NXP لأشباه الموصلات وشركة بكين جيانغوانغ لإدارة الأصول المحدودة. تركز روينينغ لأشباه الموصلات على تطوير مجموعة منتجات رائدة في الصناعة، واسعة النطاق ومتكاملة من أشباه موصلات الطاقة ثنائية القطب، بما في ذلك مقومات السيليكون المتحكم بها، والثايرستورات ثلاثية الأقطاب، وثنائيات طاقة السيليكون، وترانزستورات الجهد العالي، وثنائيات كربيد السيليكون. تُستخدم ثنائيات كربيد السيليكون التي تنتجها الشركة بشكل أساسي في الصناعات، والخوادم، وأجهزة تكييف الهواء، وغيرها من المجالات. من خلال الموقع الإلكتروني الرسمي، علمنا أن روينينغ لأشباه الموصلات لديها 25 طرازًا من ثنائيات كربيد السيليكون، جميعها تلبي متطلبات الجهد 650 فولت، مثل الطراز NXPSC16650B، الذي يُستخدم في تصحيح معامل القدرة، ووحدات تزويد الطاقة ذات الوضع التبديل، ووحدات تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، ومحولات الطاقة الشمسية، وأجهزة تلفزيون LED/OLED، ومحركات القيادة، وغيرها من التطبيقات.

5. شنغهاي زانشين للإلكترونيات

تلتزم شركة Shanghai Zhanxin Electronics بتطوير رقائق الطاقة ومنتجات الوحدات ذات التكلفة الفعالة باستخدام أجهزة طاقة كربيد السيليكون كعنصر أساسي، مما يوفر حلول أشباه الموصلات الكاملة لتصغير وكفاءة وخفة وزن مصادر الطاقة وأنظمة القيادة الكهربائية.

في أكتوبر 2017، اكتملت عملية تصنيع ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون (SiC) على خط إنتاج متطور للإنتاج الضخم بحجم 6 بوصات. أظهرت نتائج الاختبارات على مستوى الرقاقة أن مختلف المعايير الكهربائية تلبي التوقعات، مما يرسخ أساسًا متينًا لمزيد من تحسين عملية التصنيع وتصميم الجهاز. وفي 1 مايو 2018، تم إنتاج أول رقاقة محلية الصنع من ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون بحجم 6 بوصات رسميًا.

04

التطبيقات النموذجية لأجهزة كربيد السيليكون: 1. البنية التحتية لشبكات الجيل الخامس - مصدر طاقة الاتصالات

يُعدّ مصدر الطاقة للاتصالات بمثابة بنك الطاقة لخوادم الاتصالات ومحطات البث. فهو يُزوّد ​​مختلف معدات الإرسال بالطاقة ويضمن التشغيل السليم لنظام الاتصالات. تُتيح خصائص التردد العالي لترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون تصغير حجم الوحدة المغناطيسية في دائرة الطاقة وتخفيف وزنها، مما يُحسّن كفاءة مصدر الطاقة الإجمالية. كما أن خصائص الاسترداد العكسي لثنائي شوتكي المصنوع من كربيد السيليكون تكاد تكون معدومة، مما يُتيح له آفاقًا واسعة للتطبيق في العديد من دوائر تصحيح معامل القدرة (PFC). على سبيل المثال، في دائرة تصحيح معامل القدرة المتداخلة بدون جسر لمصدر طاقة الاتصالات عالي الكفاءة بقدرة 3 كيلوواط، يُمكن استخدام ثنائيات شوتكي المصنوعة من كربيد السيليكون بقدرة 650 فولت/10 أمبير لمساعدة العملاء على تحقيق متطلبات تقنية عالية تتمثل في كفاءة الحمل الكامل التي تزيد عن 95% أو تساويها.

2. وحدة طاقة محطة شحن المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة

أدى التطور السريع لصناعة مركبات الطاقة الجديدة إلى زيادة الطلب على أعمدة الشحن. وبالنسبة لهذه المركبات، يُعدّ رفع سرعة الشحن وخفض تكاليفه هدفين رئيسيين لتطوير هذه الصناعة. ويمكن استخدام أجهزة كربيد السيليكون في وحدات الطاقة لأعمدة الشحن لتحقيق كفاءة عالية وقدرة عالية لهذه الوحدات، مما يُسهم في زيادة سرعة الشحن وخفض تكاليفه.

3. Big data center, industrial Internet - server power supply

يُعدّ مصدر طاقة الخادم بمثابة بنك طاقة الخادم، حيث يُزوّد ​​الخادم النظام بالطاقة اللازمة لضمان التشغيل السليم له. يُمكن استخدام أجهزة طاقة مصنوعة من كربيد السيليكون في مصادر طاقة الخوادم لتحسين كثافة الطاقة وكفاءتها، وتقليل الحجم الإجمالي لمركز البيانات، وخفض تكلفة إنشائه، وتحقيق كفاءة بيئية أعلى. على سبيل المثال، في وحدة طاقة خادم بقدرة 3 كيلوواط، يُمكن استخدام ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون في وحدة تصحيح معامل القدرة (PFC) لتحسين كفاءة مصدر طاقة الخادم بشكل ملحوظ، وتحقيق متطلبات كفاءة أعلى.

4. الجهد العالي للغاية - تطبيق قواطع دوائر التيار المستمر المرنة

باعتباره مشروعًا ضخمًا لأنظمة نقل الطاقة فائقة الجهد العالي (UHV)، سيُؤدي ذلك إلى سلسلة من المتطلبات للمواد الخام والمكونات. تُعدّ أجهزة الطاقة مكونات أساسية في تقنية نقل الطاقة المرنة FACTS في نقل التيار المستمر فائق الجهد العالي عند طرف النقل، وفي محولات إلكترونيات الطاقة (PET) عند طرف المحطة الفرعية. وباعتبار قاطع الدائرة الكهربائية للتيار المستمر أحد الأجزاء الرئيسية في نقل التيار المستمر المرن، فإن موثوقيته تُؤثر بشكل كبير على استقرار نظام النقل بأكمله. يتطلب استخدام الأجهزة التقليدية القائمة على السيليكون لتصميم قواطع الدائرة الكهربائية للتيار المستمر توصيل وحدات فرعية متعددة المستويات على التوالي. يُمكن استخدام أجهزة كربيد السيليكون عالية الجهد في قواطع الدائرة الكهربائية للتيار المستمر لتقليل عدد الوحدات الفرعية المتصلة على التوالي بشكل كبير، وهو ما يُمثل اتجاهًا رئيسيًا للبحث في هذا المجال.

5. السكك الحديدية عالية السرعة بين المدن والنقل بالسكك الحديدية بين المدن - محول الجر، محول إلكترونيات الطاقة، محول مساعد، مصدر طاقة مساعد

ستفرض أنظمة النقل بالسكك الحديدية المستقبلية متطلبات أعلى على أجهزة إلكترونيات الطاقة، مثل محولات الجر ومحولات جهد إلكترونيات الطاقة، وغيرها. ويمكن أن يُحسّن استخدام أجهزة طاقة كربيد السيليكون بشكل كبير كثافة الطاقة وكفاءة تشغيل هذه الأجهزة، مما يُسهم في تقليل الحمل على نظام النقل بالسكك الحديدية بشكل ملحوظ. كما تُتيح أجهزة كربيد السيليكون مزيدًا من الكفاءة العالية وتصغير حجم المعدات، وتتمتع بمزايا تقنية هائلة في مجال النقل بالسكك الحديدية. وقد بادر قطار شينكانسن N700S الياباني إلى استخدام أجهزة طاقة كربيد السيليكون في محولات الجر، مما أدى إلى تقليل وزن القطار بشكل كبير، وتحقيق كفاءة نقل أعلى، وخفض تكاليف التشغيل.

05

خلاصة: على الرغم من أن أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون لا تزال تعاني من بعض المشاكل، مثل انخفاض القدرة الإنتاجية، وارتفاع السعر، وقلة أنواع الأجهزة التجارية المتوفرة، وعدم توفر أغلفة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، إلا أنه مع استمرار تعميق الأبحاث في مجال تكنولوجيا هذه الأجهزة، سيتم حل هذه المشاكل تدريجياً. وسيتم طرح المزيد من أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون التجارية ذات الجودة العالية في السوق، مما سيوسع نطاق استخداماتها بشكل كبير. وفي المستقبل القريب، ستصبح هذه الأجهزة أساسية لتقليل فقد الطاقة، وتحسين الكفاءة وكثافة الطاقة في مختلف تطبيقات المحولات.

ملاحظة: هذه المقالة مأخوذة من الإنترنت وتدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة نشرها. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن