مقدمه: نیترید گالیوم (GaN) و کاربید سیلیکون (SiC) خواص فیزیکی مواد بسیار خوبی برای نیمه‌هادی‌های نسل سوم دارند و فضای بیشتری را برای بهبود عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی قدرت فراهم می‌کنند. دستگاه‌های قدرت SiC به عنوان اساسی‌ترین جزء نیمه‌هادی سیستم منبع تغذیه، راندمان قدرت و انرژی را در طیف گسترده‌ای از سناریوهای کاربردی نظامی و غیرنظامی، مانند وسایل نقلیه الکتریکی، راه‌آهن پرسرعت، اتصال شبکه انرژی خورشیدی و بادی، منبع تغذیه بدون وقفه UPS، تخلیه الکترومغناطیسی و سایر زمینه‌ها، تا حد زیادی بهبود بخشیده‌اند و به محبوب‌ترین‌های جدید بازار انرژی جدید تبدیل شده‌اند.    
           

قبل از شروع چت کنید

اهمیت دستگاه‌های نیمه‌قدرت نسل سوم در افزایش قدرت، افزایش راندمان و کاهش اندازه است که نمی‌توان از آن چشم‌پوشی کرد. این کشور به تدریج توجه بیشتری به حوزه نیمه‌رساناها نشان می‌دهد و بازار سرمایه نیز شروع به توجه به آن کرده است. به ویژه در جنگ تجاری جاری، همه بیش از پیش از اهمیت تولید مستقل دستگاه‌های قدرت آگاه هستند. درست مانند تجهیزات لازم در بازی، برای سنتز مصنوعات، عنصر دستگاه‌های قدرت موضوعی است که نمی‌توان از آن اجتناب کرد. امروزه، تیم‌های داخلی در بخش دستگاه‌های نیمه‌قدرت نسل سوم نیز ظهور کرده‌اند و بسیار فعال هستند. در میان آنها، شرکت پینجی دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکونی با عملکرد عالی تولید کرده است.  
بیایید رسماً در مورد جنبه‌های عملکرد عالی SiC صحبت کنیم.  
           

مقدار تلفات دستگاه قدرت

شاخص مهم عملکرد یک دستگاه برقی چیزی بیش از کل تلفات آن نیست که از دو بخش تشکیل شده است. یکیتلفات رسانایی(اتلاف هدایت) یکی استتلفات سوئیچینگ(اتلاف سوئیچینگ). به عبارت دیگر، هرچه اتلاف کمتر باشد، راندمان بالاتر است و در نتیجه اندازه کوچکتر، راندمان بالاتر و وزن سبک‌تری خواهیم داشت که برای نیازهای کاربردی مدرن مناسب‌تر است. به عنوان مثال، یکی از دلایل مهمی که تسلا مدل ۳ توانست قیمت را به حدود ۲۵۰۰۰۰ کاهش دهد، استفاده از محلول SiC است که عملکرد باتری را بهبود بخشیده و اندازه و وزن را کاهش داده و در نتیجه سایر هزینه‌ها را نیز کاهش می‌دهد.

برای کمک به فروشندگان تجهیزات و طرف‌های سرمایه‌دار در درک چگونگی مقایسه و ارزیابی قطعات نیمه‌هادی قدرت و پارامترهای اصلی آنها در صنعت، هر یک را به صورت افقی مقایسه کرده و به طور خلاصه در مورد مزایا و معایب فنی محصولات قطعات MOSFET SiC هر شرکت در زیر اظهار نظر خواهیم کرد.  
           

                           派恩杰参数领先

در نسل قدیمی‌تر کاربردهای الکترونیک قدرت، به دلیل فرکانس سوئیچینگ پایین، تلفات هدایتی نقش غالب را ایفا می‌کند. یکی از بنیانگذاران این صنعت و عضو آکادمی ملی علومپروفسور جایانت بی. بالیگا(از این پس به عنوان باشن نامیده می‌شود) در اوایل سال ۱۹۸۹، یک ضریب کیفیت برای ارزیابی تلفات هدایتی دستگاه‌های قدرت پیشنهاد شد.

(به [i] مراجعه کنید)، ε که در آن ثابت دی‌الکتریک ماده نیمه‌هادی، μ تحرک الکترون است،E_Cمیدان الکتریکی شکست است. طبق فرمول باشن، اگر ضریب BFM ماده سیلیکونی را ۱ واحد در نظر بگیریم، ضریب BFM ماده SiC برابر با ۲۳۱ واحد خواهد بود. نکته چیست؟ این نشان می‌دهد که هنگام ساخت دستگاه‌های چند-فرعی (MOSFET، دیودهای شاتکی و غیره) با ولتاژ بالای یکسان، مقاومت در حالت روشن مواد SiC 230 برابر کوچکتر است! این بدان معناست که تلفات رسانایی دستگاه‌های SiC 230 برابر کوچکتر از دستگاه‌های سیلیکونی تحت جریان یکسان است! ضریب BFM نرمال شده GaN نسبت به سیلیکون ۲۰۹۷ و برای Ga2O3 6170 است! به طور خلاصه، با شن در اوایل دهه ۱۹۸۰ پیش‌بینی کرد:آینده نیمه‌رساناهای قدرت باید تحت سلطه نیمه‌رساناهای با شکاف باند وسیع باشد.!
 

 

تصویر من
 
 

جایانت بی. بالیگا   
با توسعه فناوری الکترونیک قدرت در 20 سال گذشته، مردم دریافته‌اند که فرکانس سوئیچینگ بالاتر سوئیچ‌ها می‌تواند استفاده از اجزای غیرفعال مانند خازن‌ها و سلف‌ها را در مدار کاهش دهد و حجم و وزن سیستم را کم کند. با این حال، با افزایش فرکانس سیستم، تلفات سوئیچینگ دستگاه‌های قدرت به طور فزاینده‌ای قابل توجه می‌شود و هزینه و حجم سیستم خنک‌کننده مورد نیاز نیز بر این اساس افزایش می‌یابد و در نتیجه سیستم با افزایش بیشتر فرکانس قادر به بهینه‌سازی قابل توجه نیست. یکی دیگر از اساتید مشهور،الکس کیو. هوانگدر سال ۲۰۰۴، یک ضریب کیفیت پیشنهاد شد که به طور جامع تلفات هدایت و تلفات سوئیچینگ دستگاه را ارزیابی می‌کند.

(به [ii] مراجعه کنید)، که در آن R_{دی اس، روشن}مقاومت روشن قطعه، متناسب با تلفات رسانایی، Q، است._gdاین بار ذخیره شده در خازن میلر گیت به درین دستگاه است و متناسب با تلفات سوئیچینگ است. در عین حال، زیرا R_{دی اس، روشن}با مساحت دستگاه، Q، نسبت معکوس دارد_gdمتناسب با مساحت دستگاه، محصول آنها تأثیر مساحت دستگاه (یا هزینه) را جبران می‌کند و سطح کلی تلفات دستگاه را تحت عملکرد فرکانس بالا نشان می‌دهد. به عبارت ساده، هرچه ضریب کیفیت HDFM کوچکتر باشد، کیفیت کلی دستگاه بهتر است.هرچه تلفات کمتر باشد، راندمان بالاتر است !
 
 

الکس کیو. هوانگ  
با استفاده از این روش، بیایید عملکرد محصول تأمین‌کنندگان اصلی SiC MOSFET در بازار را مقایسه کنیم:
     

کارخانه	INFINEON	قانون ایتالیا	کوری	رم	پاین جی	یک برند داخلی
منشاء	اروپا	اروپا	ایالات متحده	ژاپن	چین	چین
پلتفرم فناوری	سنگر نسل اول	هواپیمای نسل دوم	هواپیمای نسل سوم	سنگر نسل سوم	هواپیمای نسل سوم	نسل جدید هواپیما
جاده‌ها، روشن (متر؟)	90	60	75	80	80	80
Qgd (nC)	5	35	20	25	9.3	54
	21.2	45.8	38.7	44.7	27.3	65.7
HDFM نرمال شده	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*اطلاعات فوق از یک برگه اطلاعات قابل دانلود عمومی در اینترنت گرفته شده است.

بیایید ابتدا از طریق این جدول مقایسه‌ای نتیجه‌گیری کنیم.در فناوری MOS مسطح، به عنوان یک برند داخلی، محصولات Pinejie Semiconductor در حال حاضر در سطح جهانی پیشرو هستند و با فرآیندهای پیچیده بسیار به فناوری MOS ترانشه نزدیک هستند!در شرایط ایده‌آل، برای همان سناریوی کاربردی، اگر جدیدترین دستگاه CoolSiC شرکت Infineon به عنوان معیار استفاده شود و مصرف کلی برق دستگاه حداقل ۱۰ وات باشد، مصرف برق SiC MOSFET شرکت Penjie برابر با ۱۲.۹ وات، مصرف برق محصولات Kerui برابر با ۱۸.۳ وات، مصرف برق STMicroelectronics و Rohm نزدیک به ۲۱ وات و مصرف برق یک برند داخلی ۳۱ وات خواهد بود.

نتیجه

با توجه به برقی‌سازی وسایل نقلیه حمل و نقل، زیرساخت‌های جدید و سایر پروژه‌ها، دستگاه‌های کاربید سیلیکون به کانون توجه طرح استراتژیک نیروگاه‌های بزرگ تبدیل خواهند شد. تسلا کاملاً با STMicroelectronics همکاری می‌کند و فولکس واگن کوری را در آغوش می‌گیرد... نیروگاه‌هایی که می‌توانند از آخرین فناوری و ظرفیت تولید دستگاه‌های قدرت SiC استفاده کنند، مزایای استراتژیک بی‌نظیری به دست خواهند آورد.

سلب مسئولیت: این مقاله از «سه و نیم نسل کیمیاگران» کپی شده است که از حمایت از حقوق مالکیت معنوی حمایت می‌کند. لطفاً منبع اصلی و نویسنده‌ی بازنشر را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن