في عام 2020، عندما كان معظم مصنعي مصادر الشحن السريع لا يزالون يستكشفون سوق الشحن السريع باستخدام نتريد الغاليوم بقدرة 65 واط،ابتكرت شركة Baseus أول شاحن سريع في الصناعة بقوة 120 واط مصنوع من نتريد الغاليوم وكربيد السيليكونكان هذا المنتج هو الذي حوّل "الشحن السريع لكربيد السيليكون" من مجرد فكرة إلى حقيقة واقعة لأول مرة، مما فتح الباب أمام الاستخدام التجاري لكربيد السيليكون في مجال الشحن السريع.

بعد ذلك،موماكس،REMAXوقد حذت شركات تصنيع أخرى حذوها وأطلقت مجموعة متنوعة من مصادر الشحن السريع عالية الطاقة بقدرة 100 وات والمصنوعة من كربيد السيليكون، مما سمح أيضًا لمزيد من العاملين في الصناعة والمستهلكين بفهم أفضل لكربيد السيليكون.

1. إعلان رسمي: تم إدراج كربيد السيليكون في الخطة الخمسية الرابعة عشرة

في 13 مارس 2021، نشرت وكالة أنباء شينخوا "الخطة الخمسية الرابعة عشرة للتنمية الاقتصادية والاجتماعية الوطنية لجمهورية الصين الشعبية ومخطط الأهداف طويلة الأجل لعام 2035". في مجال "الدوائر المتكاملة"، كربيد السيليكون،نيتريد الغاليوميجب تطوير أشباه الموصلات ذات فجوات الطاقة الواسعة.

يُعدّ كلٌّ من كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم من مواد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة من الجيل الثالث. ويُشير إدراجهما في الخطة الخمسية الرابعة عشرة إلى تزايد أهميتهما على المستوى الوطني. وأعتقد أن الدولة، بدعمٍ منها، ستُهيّئ سريعًا بيئةً مُلائمةً لتطوير أشباه موصلات الجيل الثالث، وأنّ آفاقها واعدةٌ للغاية.

2. مزايا كربيد السيليكون للشحن السريع

كربيد السيليكون (SiC) مركب من الكربون والسيليكون. تُصنع بلورات كربيد السيليكون الأحادية حاليًا باستخدام طريقة النقل الفيزيائي للبخار (PVT). عند درجات حرارة عالية تتجاوز 2000 درجة مئوية، يتحلل مسحوق الكربون ومسحوق السيليكون إلى ذرات، ثم تترسب هذه الذرات على بلورة كربيد السيليكون الأولية من خلال التحكم في درجة الحرارة لتشكيل بلورات كربيد السيليكون.

باعتباره مادةً من أشباه الموصلات من الجيل الثالث، يتميز كربيد السيليكون (SiC) بقوة عزل كهربائي أعلى، وسرعة انجراف إلكتروني مشبع أسرع، وموصلية حرارية أعلى من السيليكون (Si). لذلك، عند استخدامه في أجهزة أشباه الموصلات، يتمتع كربيد السيليكون بخصائص مثل تحمل الجهد العالي، وسرعة التبديل العالية، ومقاومة التشغيل المنخفضة، والكفاءة العالية، مما يساعد على تقليل استهلاك الطاقة وتقليص حجم النظام.

يُستخدم كربيد السيليكون على نطاق واسع في المركبات الكهربائية، والمحولات، وأنظمة النقل بالسكك الحديدية، والطاقة الشمسية، وطاقة الرياح، ومصادر الطاقة الاستهلاكية، وغيرها من المجالات. في السنوات الأخيرة، ومع انتشار تقنية الشحن السريع USB PD ونضوج تقنية نتريد الغاليوم، برز سوق مصادر الشحن السريع عالية الطاقة تدريجيًا. كما بدأت ثنائيات كربيد السيليكون بالظهور في سوق مصادر الطاقة الاستهلاكية، ودخلت في العديد من سلاسل إمداد الشحن السريع عالية الطاقة بقدرة مئات الواط، مما ساعد مصادر الشحن السريع على تحقيق كفاءة أعلى وحجم أصغر.

علمت شبكة Charging Head Network أنه من بين منتجات مصادر الشحن السريع عالية الطاقة،تُستخدم ثنائيات كربيد السيليكون بشكل أساسي في مرحلة تصحيح معامل القدرة (PFC) لتقويم التيار المعزز; عند اقترانها بأجهزة طاقة نتريد الغاليوم، يمكن زيادة تردد تشغيل مستوى تصحيح معامل القدرة من أقل من 100 كيلو هرتز في الشحن السريع التقليدي إلى 300 كيلو هرتز، مما يقلل من حجم ملف الحث المعزز، ويحقق تصميمًا عالي الكثافة للطاقة، ويحسن أيضًا كفاءة مصدر الطاقة بشكل كبير.

في مصادر الطاقة التبديلية، ونظرًا لاستخدام مكثفات ترشيح ذات سعة كبيرة بعد عملية التقويم، يظهر حمل سعوي. عند شحن المكثف وتفريغه، يتولد عدد كبير من التوافقيات عالية الرتبة في شبكة الطاقة، مما يُسبب التلوث والتداخل. ولذلك، بدأ استخدام دوائر تصحيح معامل القدرة (PFC) في مصادر الطاقة التبديلية. تتطلب مصادر الطاقة التبديلية التي تزيد قدرتها عن 75 واط إضافة دوائر تصحيح معامل القدرة لتحسين معامل القدرة وتصحيح خصائص الحمل.

ينقسم تصحيح معامل القدرة (PFC) إلى نوعين: سلبي وفعال. يستخدم النوع السلبي محثًا كبيرًا للتعويض التسلسلي، ومن عيوبه الرئيسية حجمه الكبير وكفاءته المنخفضة. مع التطور السريع لأجهزة أشباه الموصلات في السنوات الأخيرة، استُبدل تصحيح معامل القدرة السلبي تمامًا بتصحيح معامل القدرة الفعال. يستخدم تصحيح معامل القدرة الفعال وحدة تحكم، وأنبوب تبديل، ومحثًا، وثنائيًا لتشكيل دائرة رفع الجهد. يتميز بصغر حجمه، ونطاق جهد دخل واسع، وتأثير جيد في تعويض معامل القدرة.

لذلك، اجتذب كربيد السيليكون المزيد والمزيد من الاهتمام في مجال إمدادات الطاقة الاستهلاكية، وأصبح تدريجياً عنصراً أساسياً في القدرة التنافسية لمنتجات الشحن السريع عالية الطاقة.

3. موردو كربيد السيليكون في سوق الشحن السريع

علمت شبكة Charging Head Network من خلال البحث أن هناك حاليًا خمسة موردين لكربيد السيليكون في السوق يمكن استخدامه في مجال مصادر الشحن السريع USB PD عالية الطاقة، وهم Alpha Power Solutions و Global Power Tyco Tianrun و Maplesemi و SGKS Sen Guoke و PY Pingwei.

التصنيفات التالية ليست مرتبة ترتيباً معيناً، وإنما مرتبة أبجدياً حسب العلامة التجارية لتسهيل الأمر على القراء.

ألفا باور سوليوشنز

تأسست شركة ألفا باور سوليوشنز (APS) عام 2017، ونقلت مقرها الرئيسي من هونغ كونغ إلى شنغهاي عام 2019. وهي أول شركة محلية تنجح في تطوير تقنية تصنيع رقائق السيليكون كاربيد بحجم 6 بوصات. تجمع الشركة بين عمليات تصنيع السيليكون كاربيد الرئيسية الخاصة بها للتركيز على تصنيع أجهزة السيليكون كاربيد عالية الطاقة. حتى الآن، طورت الشركة أكثر من 30 منتجًا، وتمتلك بشكل مستقل أكثر من 30 براءة اختراع وتطبيق. حاليًا، تتميز منتجات ثنائيات السيليكون كاربيد الرائدة في الصناعة، والتي تُنتج بكميات كبيرة، بجهد أقصى يبلغ 3300 فولت وتيار يصل إلى 50 أمبير.

تُعد شركة Alpha Power Solutions أول شركة محلية تنجح في إنتاج رقائق كربيد السيليكون مقاس 6 بوصات تجريبياً في مصنع رقائق السيليكون؛ وأول شركة محلية تتبنى تقنية التخفيف في إنتاج ثنائيات كربيد السيليكون؛ وأول شركة محلية تمتلك بنية JBS الخاصة بها الحاصلة على براءة اختراع (Buffer JBS)؛ وأول مورد محلي لأجهزة كربيد السيليكون يضاهي الشركات المصنعة الدولية من حيث أداء المنتج وجودته.

ووفقا للتقارير،أطلقت شركة تشوانغنينغ باور ثنائي كربيد السيليكون ACD06PS065Gيمكن استخدامها في محولات الطاقة الشمسية، ومحولات التيار المتردد/المستمر، ومحولات التيار المستمر/المستمر، ووحدات تزويد الطاقة غير المنقطعة، وما إلى ذلك. ومن الجدير بالذكر أنكما ساهم الجهاز في تطوير أول شاحن سريع في الصناعة مصنوع من كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوممما يسمح بتسويق كربيد السيليكون رسميًا في مجال إمدادات الطاقة الاستهلاكية.

تُعدّ شركة تايكو تيانرون لتكنولوجيا أشباه الموصلات (بكين) المحدودة من الشركات الرائدة في مجال تصنيع أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) في الصين. وتلتزم تايكو تيانرون بتطوير صناعة تصنيع أجهزة الطاقة المصنوعة من أشباه الموصلات في الصين، وتُقدّم منتجات عالية الجودة وخدمات احترافية لعملاء أجهزة الطاقة في جميع أنحاء العالم.

تمتلك شركة تايكو تيانرون مصنعًا متكاملًا لرقائق أشباه الموصلات في بكين.وقامت ببناء خط إنتاج رقائق طاقة من كربيد السيليكون بحجم 6 بوصات في ليويانغ، هونانوالتي تُتيح عملية تصنيع أجهزة الطاقة لأشباه الموصلات على رقائق كربيد السيليكون بقياس 4/6 بوصة. وبصفتها شركة محلية متخصصة في البحث والتطوير والإنتاج وتقديم خدمات منصات كربيد السيليكون، تشمل منتجات تايكو تيانرون منتجات التكنولوجيا الأساسية، ومنتجات قولبة كربيد السيليكون، ومجموعات متعددة من الحلول الصناعية.

في الوقت الحالي، تم وضع سلسلة أجهزة كربيد السيليكون من شركة تايكو تيانرون التي تبلغ 650 فولت/2 أمبير - 100 أمبير، و1200 فولت/2 أمبير - 50 أمبير، و1700 فولت/5 أمبير - 50 أمبير، و3300 فولت/0.6 أمبير - 50 أمبير وغيرها من المنتجات في مرحلة الإنتاج الضخم.وأطلقت نوعين من ثنائيات كربيد السيليكون مخصصة لدوائر تصحيح معامل القدرة للشحن السريعجودة المنتج تضاهي تماماً المستوى المتقدم للصناعة العالمية.

تعمل شركة تايكو تيانرون على الترويج لأجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) في مجالات تطبيق أوسع وأكثر تنوعاً من خلال الاستكشاف والتطوير المشترك مع نظرائها في الصناعة ومعاهد البحث العلمي والخبراء المحليين والأجانب.

تأسست شركة ميبسون لأشباه الموصلات عام 2014، وهي شركة متكاملة في سلسلة الصناعة، تجمع بين البحث والتطوير والتصميم والإنتاج والمبيعات والخدمات. وهي شركة وطنية للتكنولوجيا المتقدمة، وتعمل بشكل رئيسي في مجال أشباه الموصلات ذات الطاقة العالية، وأشباه الموصلات ذات الجهد المتوسط ​​والمنخفض، وأشباه الموصلات ذات الوصلات الفائقة، وأشباه الموصلات ذات كربيد السيليكون، وثنائيات كربيد السيليكون، وغيرها من المنتجات.

تُركز شركة ميبسن لأشباه الموصلات على تصميم وتطوير واختبار وبيع منتجات أجهزة الطاقة القائمة على تقنيات متطورة مثل Planar VDMOS وTrench MOS وSJMOS وSiC SBD وSiC MOS وغيرها من هياكل المعالجة. وباستهداف قطاعات الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية والطاقة المتجددة وغيرها، فإننا ملتزمون بأن نصبح شركة عالمية رائدة في مجال مكونات الطاقة.

من المفهوم أنأطلقت شركة ميبسون ثنائيات كربيد السيليكون لدوائر تصحيح معامل القدرةبمقاومة جهد تبلغ 650 فولت ومقاومة حرارة تبلغ 175 درجة، فقد دخلت الآنموماكسوREMAXحظيت سلسلة التوريد لعلامتين تجاريتين معروفتين في مجال الإكسسوارات بإجماع العملاء على أدائها.

SGKS سين جوك

تأسست شركة شنتشن سينغوكي للتكنولوجيا المحدودة في نوفمبر 2013، وهي شركة تصميم أشباه موصلات بدون مصانع تصنيع. يقع مقر الشركة الرئيسي في مجمع العلوم والتكنولوجيا البيئي، منطقة نانشان، شنتشن، ولديها مراكز بحث وتطوير وعمليات في شنتشن وتشنغدو.

منذ تأسيسها، أطلقت شركة سينغوكي سلسلة من رقائق أنظمة القيادة المساعدة المتقدمة (Vision-ADAS)، ومسجلات الذكاء الاصطناعي، ووحدات تزويد الطاقة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في صناعات السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية. وفي عام 2018، بدأت الشركة بالاستثمار في تطوير رقائق محركات القيادة وأجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC). وفي عام 2020، بدأت منتجاتها تُحقق حضورًا قويًا في السوق.

توفر شركة Senguoke حلولاً شاملة للرقائق والأنظمة في أسواق مثل مسجلات الجيل الرابع، وأنظمة مساعدة السائق المتقدمة، وأجراس الأبواب الذكية ذات العيون القطية، مما يوفر للعملاء خدمات متكاملة ويخلق المزيد من الفرص للشركاء في المراحل الأولية والنهائية.

بي بينجوي

شركة تشونغتشينغ بينغوي الصناعية المحدودة هي شركة متخصصة في تصنيع منتجات أشباه الموصلات الكهربائية المتكاملة، تجمع بين تصميم الرقائق والتغليف والاختبار، بالإضافة إلى خدمات اختبار التطبيقات والموثوقية. وانطلاقًا من أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية كأساس صناعي، أنشأت الشركة منصات لتطوير المنتجات وتصنيعها واختبارها في مجالات سوقية متنوعة، تشمل المحطات الذكية، والتحكم الصناعي، وإنترنت الأشياء، ومركبات الطاقة الجديدة، واتصالات الجيل الخامس، والأجهزة المنزلية، والإنترنت عبر الأقمار الصناعية، والإلكترونيات الأمنية، والإضاءة الموفرة للطاقة، وغيرها. كما توفر الشركة أجهزة ووحدات طاقة عالية الموثوقية تعمل بجهد متوسط ​​ومنخفض وعالي، بالإضافة إلى منتجات وحلول أنظمة متكاملة.

تقع شركة بينغوي في مجمع ليانغ بينغ الصناعي، تشونغتشينغ، وهي متخصصة في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات المختلفة، بما في ذلك ثنائيات التقويم، وثنائيات الاسترداد السريع، وثنائيات TVS، وثنائيات زينر، وثنائيات شوتكي، وجسور التقويم، وموسفت، وIGBT، وأجهزة التقويم المتزامنة، وأجهزة SiC وGaN، وما إلى ذلك. وتغطي مساحة 240,000 متر مربع، ويبلغ رأس مالها المسجل 350 مليون يوان، وإجمالي استثماراتها أكثر من 1.5 مليار يوان.

تمتلك الشركة 45 خط إنتاج للتغليف و6 خطوط إنتاج تجريبية، كما أنشأت ورشة تصنيع ذكية مستقلة ومُتحكَّم بها لأشباه الموصلات المنفصلة. وتنتج الشركة وتبيع 20 مليار جهاز من أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية المتنوعة سنويًا. وهي أكبر مورد شامل لأجهزة أشباه الموصلات الكهربائية التي تدعم مصادر الطاقة في الصين.

تطبيق دائرة مقوم تصحيح معامل القدرة (PFC) للشحن السريع عالي الطاقة بتقنية PD،أطلقت شركة بينغوي ثنائي كربيد السيليكون PASC0665GG، مع خصائص استعادة عكسية معدومة / استعادة أمامية معدومة، وتشغيل فعال، وسرعة تبديل فائقة السرعة، وخصائص تبديل لا تتأثر بدرجة الحرارة.

4. علبة شحن سريع من كربيد السيليكون

بفضل خصائصه الفريدة، بدأ كربيد السيليكون بالظهور كمصدر شحن سريع عالي الطاقة والكثافة، وقد حظي بتفضيل العديد من شركات تصنيع مصادر الشحن السريع. وقد تعلمت شبكة Charging Head Network من عمليات التفكيك السابقة أن هناك حاليًاشحن سريع بقوة 120 واط من Baseus،شحن سريع من موماكس بقوة 100 واط،طالماشحن سريع بقوة 100 واط من ريماكسكانت أول من أدخل تقنية كربيد السيليكون، مما سمح للمنتجات بتحقيق كثافة طاقة أعلى.

1،شاحن Baseus 2C1A بقوة 120 واط بتقنية GaN

في 25 فبراير 2020، أطلقت شركة Baseus أول شاحن في العالم مصنوع من نتريد الغاليوم وكربيد السيليكون (GaN + SiC)، وحققت نجاحًا في تمويله عبر منصة Kickstarter. يتميز هذا المنتج بقدرة تصل إلى 120 واط، وهو مزود بمخرج متعدد المنافذ 2C1A. يُعد نتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) المستخدمان في شاحن Baseus Galio 120W من أحدث مواد أشباه الموصلات الإلكترونية وأكثرها تطورًا. تتميز خصائصهما عالية التردد بقدرتها على نقل الجهد العالي والتيار الكبير، مما يُتيح كفاءة أعلى، وتوليد حرارة أقل، وحجمًا أصغر.

من المفهوم أن شاحن Baseus Galio 120W يستخدم ثنائي كربيد السيليكون من Alpha Power في دائرة مقوم PFC، طراز المنتج: ACD06PS065G؛ وهو مقترن بجهاز طاقة نانو-جاليوم نتريد ووحدة تحكم ON Semiconductor PFC تقوم بتصحيح عامل القدرة النشط.

2،شاحن MOMAX 100W 2A2C للشحن السريع من نتريد الغاليوم

شاحن Momis بقوة 100 واط و2 أمبير/ثانية مصنوع من نتريد الغاليوم، يتميز بتصميم مربع ومسطح، ومزود بدبابيس قابلة للطي. يدعم هذا التصميم تركيب دبابيس بمواصفات مختلفة، مما يجعله سهل الحمل ومناسبًا للاستخدام في مناطق متعددة. يدعم الشاحن بروتوكولات الشحن السريع QC وAFC وFCP وSCP وMTK PE+2.0 وPD وPPS، كما أن نوعي المنافذ مصممان لسهولة التوصيل دون الحاجة للبحث عن منافذ الشحن السريع، مما يجعله سهل الاستخدام. يدعم الشاحن الشحن السريع بقدرات 100 واط، و65 واط + 30 واط، بالإضافة إلى تقنية هواوي 22.5 واط، مما يجعله متوافقًا مع نطاق واسع وعمليًا للغاية. باختصار، المنتج سهل الحمل والاستخدام.

يستخدم شاحن MOMAX ثنائي كربيد السيليكون Mipsen MSD06065V1، وأنبوب تبديل نتريد الغاليوم Innosec INN650D2، ووحدة تحكم NXP PFC لتصحيح معامل القدرة الفعال. ومن المعروف أن ثنائي Mepsen MSD06065V1 هو ثنائي شوتكي من كربيد السيليكون مقاوم للجهد 650 فولت، ويأتي في غلاف TO252.

3،شاحن سريع من ريماكس بقوة 100 واط و2 أمبير/ثانية مصنوع من نتريد الغاليوم

شاحن REMAX بقوة 100 واط من نوع 2A2C مصنوع من نتريد الغاليوم، ويتميز بهيكل أبيض اللون ذي سطح غير لامع، وتصميم بسيط وأنيق. يحتوي الشاحن على 4 منافذ، من نوع 2A2C، ويدعم العديد من بروتوكولات الشحن السريع الشائعة. يوفر منفذ USB-C طاقة قصوى تبلغ 100 واط، بينما يوفر منفذ USB-A طاقة قصوى تبلغ 30 واط، كما يدعم الشحن السريع المتزامن عبر منافذ متعددة، مما يلبي احتياجات شحن أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وبطاريات الشحن المحمولة وغيرها.

اكتشف فريق شبكة رأس الشحن، من خلال عملية التفكيك، أن هذا الشاحن مزود بدائرة تعزيز تصحيح معامل القدرة (PFC) مدمجة، ويعتمد على بنية LLC+GaN عالية الأداء. تستخدم دائرة تعزيز تصحيح معامل القدرة وحدة تحكم NXP، وتختار ثنائي كربيد السيليكون Mipusen MSD04065G1 وأنبوب التبديل نتريد الغاليوم Innosec INN650D2 للتقويم. يُعدّ Mipusen MSD04065G1 ثنائي شوتكي من كربيد السيليكون مقاومًا للجهد حتى 650 فولت، ويأتي في عبوة TO252.

ملخص لشبكة رأس الشحن

لطالما شكلت الكفاءة تحديًا ملحًا لمهندسي الطاقة في مصادر الشحن السريع التقليدية بتقنية PD، وخاصةً الشحن السريع عالي الطاقة بقدرة 100 واط. ولتحقيق موثوقية المنتج، تضطر معظم أجهزة الشحن إلى التضحية بالحجم وإضافة مشتتات حرارية كبيرة المساحة. وقد أدى ذلك إلى زيادة حجم المنتج بشكل ملحوظ، ما أثر سلبًا على تجربة المستخدم؛ ولم يُحل هذا الوضع إلا بعد طرح الجيل الثالث من أشباه الموصلات رسميًا في سوق الطاقة الاستهلاكية.

من بين منتجات الشحن السريع عالية الطاقة بقدرة 100 واط، يُعدّ كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم الخيار الأمثل. يُستخدمان معًا لتعزيز تصحيح معامل القدرة (PFC) وتقويم التيار في المرحلة الأولى من وحدة التزويد بالطاقة. بالمقارنة مع أجهزة السيليكون التقليدية، لا يقتصر الأمر على تحسين الكفاءة لتحقيق تأثير تقليل حجم الأقطاب، بل يمكن أيضًا الاستفادة من خصائص التردد العالي لتقليل حجم ملف الحث المعزز، مما يُحسّن كثافة الطاقة الإجمالية للمنتج.

مع استمرار تزايد عدد الأجهزة عالية الطاقة، يزداد طلب السوق على الشحن السريع متعدد المنافذ صغير الحجم وعالي الطاقة. من ناحية أخرى، يُعزز ذلك بنية الطاقة من تقنية الشحن السريع التقليدية إلىأداء عالي PFC+LLCمن جهة أخرى، أدى هذا التحول إلى تعميق اعتماد مصادر الشحن السريع على أشباه الموصلات من الجيل الثالث. ويتمتع كربيد السيليكون بآفاق تطبيق أوسع في مجال إمدادات الطاقة الاستهلاكية.

باعتبارها فرعاً هاماً من أشباه الموصلات من الجيل الثالث، فقد بدأ العديد من المصنّعين بإنتاج كربيد السيليكون سابقاً. وهذه المرة، أدرجت الدولة أشباه الموصلات من الجيل الثالث في الخطة الخمسية الرابعة عشرة، ما يمثل فرصة نادرة لتطوير كربيد السيليكون.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من موقع "Charging Head" الذي يدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم المؤلف. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.