דו"ח מחקר השוק של Yole Development מראה כי מאז לידתם של התקני מוליכים למחצה מסיליקון, דרישות היישומים גרמו לעלייה בטמפרטורת הצומת, אשר הגיעה כעת ל-150 מעלות צלזיוס.

עם הופעתם של התקני מוליכים למחצה בעלי פער אנרגיה רחב מהדור השלישי (כגון SiC) והבגרות הגוברת שלהם ומסחורם המלא, עמידותם הייחודית בטמפרטורה גבוהה מאיצה את טמפרטורת הצומת מ-150 מעלות צלזיוס הנוכחית ל-175 מעלות צלזיוס, ותגיע ל-200 מעלות צלזיוס בעתיד.

עם מאפייני הטמפרטורה הגבוהה הייחודיים ויתרונות הפסדי המיתוג הנמוכים של SiC, מגמה זו של עלייה בטמפרטורת הצומת תשנה במידה רבה את דפוס התכנון של מערכות חשמל. יישומים אופייניים אלה, מכווני עתיד בטמפרטורה גבוהה ובצפיפות הספק גבוהה, כוללים מערכות הנעה משולבות עמוקות לרכב חשמלי, מטוסים רב-חשמליים וחשמליים לחלוטין ואפילו מטוסים חשמליים, תחנות טעינה ניידות לאגירת אנרגיה ובנקי כוח, ויישומי חשמל שונים בהם קירור נוזלים מוגבל מאוד.

מערכת ההנעה של כלי רכב חשמליים (מנוע, בקרה אלקטרונית ותיבת הילוכים) נעה לכיוון של שלושה באחד, אך כיום היא מורכבת יחד רק מבחינה מבנית ומשולבת בצורה חלשה. מבחינה מבנית, בעתיד, אינטגרציה עמוקה של מערכת ההנעה היא נתיב בלתי נמנע, מכיוון שהדבר עשוי להפחית את הנפח בכשליש, את המשקל בכשליש ואת הצריכה הפנימית בכשליש, ועשוי להפחית את העלות הכוללת פי 2 עד 4.

עם זאת, חלק הבקרה האלקטרונית יהיה משולב באופן הדוק עם המנוע, ואינטגרציה עמוקה תגדיל מאוד את צפיפות ההספק. טמפרטורה גבוהה היא האתגר הגדול ביותר שלא ניתן להימנע ממנו.

יישומים אופייניים בטמפרטורה גבוהה

במטוסים מסורתיים, תנועות מכניות כמו הגה זנב, כנפיים וגלגלי נחיתה נשלטות על ידי תיבת הילוכים הידראולית קלאסית. כנוזל, שמן הידראולי מושפע מאוד מהסביבה ויש לו עלויות תחזוקה גבוהות. כיום, ישנה מגמה של חשמול חלקי או מלא, שהוא הקונספט של מטוסים רב-חשמליים וחשמליים לחלוטין.

שימוש במנועים חשמליים במקום במעגלי שמן הידראוליים במטוסים כדי להשיג פעולה מכנית מביא לאמינות גבוהה, יכולת תחזוקה חזקה ומאפשר תכנון גיבוי יתיר. עם זאת, הדילמה הגדולה ביותר היא שהמנועים והבקרות האלקטרוניות במטוס אינם מורשים להיות מצוידים בקירור מים, ויכולים להסתמך רק על קירור אוויר מאולץ וקירור טבעי. לכן, כדי לממש את תכנון הבקרה האלקטרונית של מטוסים רב-חשמליים או חשמליים לחלוטין, או אפילו מטוסים חשמליים, הבעיה הטכנית העיקרית שיש לפתור תחילה היא טמפרטורה גבוהה.

בנוסף, בתרחישי יישומים רבים, תחנות טעינה לאגירת אנרגיה חצי-ניידות ובנקי חשמל ניידים לחלוטין ימלאו ביעילות את הפער של טעינה קבועה, במיוחד עם הפופולריות הגדולה של כלי רכב חשמליים, זה יהפוך לברור יותר.

עם זאת, עבור סוג זה של יישום טעינה נייד, מנגנון קירור המים לא רק יביא עומסי משקל ונפח נוספים, אלא חשוב מכך, הוא יצרוך את האנרגיה החשמלית המאוחסנת שהוא נושא. לכן, קירור טבעי יהיה הדרך הטובה ביותר לבקרה אלקטרונית, אך יש לטפל כראוי בנושא ניהול התרמי של מערכת הבקרה האלקטרונית.

בנוסף לשלושת היישומים האופייניים לטמפרטורה גבוהה הנ"ל, ביישומים תעשייתיים מיוחדים רבים בהם קירור נוזלים מוגבל מאוד, מערכות בקרה אלקטרוניות יתמודדו עם אותם אתגרים בטמפרטורה גבוהה. טכנולוגיית בקרה חשמלית בטמפרטורה גבוהה היא המפתח למימוש היישומים בטמפרטורה גבוהה הנ"ל. טכנולוגיית היישום העיקרית שלה היא טכנולוגיית אריזה בטמפרטורה גבוהה של התקני כוח SiC וטכנולוגיית מעגלי הנעה בטמפרטורה גבוהה תואמת.

SiC "גאוני"

לחומרי SiC ולמבני המכשירים שלהם עמידות מובנית לטמפרטורות גבוהות, והם יכולים לעמוד אפילו בטמפרטורות של 400 עד 600 מעלות צלזיוס בתנאי ואקום. ביישומים מעשיים, על מנת למנוע חמצון הנגרם ממגע עם אוויר, יש לארוז את המכשירים SiC, ואם הם רוצים לעמוד בטמפרטורות גבוהות, יש לארוז אותם באריזות עמידות לטמפרטורות גבוהות.

טמפרטורת הצומת של 150 מעלות צלזיוס היא כיום הסטנדרט הגבוה ביותר בתעשייה. רמת טמפרטורת הצומת של 175 מעלות צלזיוס רק החלה להיחשף. קיימים מארזים מעין-סטנדרטיים בהם ניתן להשתמש. מארזים עם טמפרטורות של 200 מעלות צלזיוס ומעלה מחייבים דרישות מחמירות מאוד לגבי חומרי אריזה ותהליכים, ויש להתאים אותם אישית בהתאם למאפייני השבב החשוף כדי להבטיח דרישות ביצועי מוליכות תרמית ופיזור חום.

השימוש בהתקני ומודולים של כוח SiC הוא בלתי נפרד ממעגלי הדרייבר והשבבים המתאימים להם. עם זאת, רוב שבבי מעגלי הדרייבר הם התקני סיליקון רגילים ואינם יכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות. אם הם יכולים לעבוד בטמפרטורות גבוהות כמו 175 מעלות צלזיוס למשך 1,000 שעות, זה כבר נדיר.

בנוסף, עמידות לטמפרטורות גבוהות היא רק היבט אחד של הבעיה. מה שחמור יותר הוא עקביות ביצועי המכשיר בטמפרטורות גבוהות. ביצועיהם של התקני סיליקון רגילים נחלשים מהר מאוד מעל 70 מעלות צלזיוס, ולכן לא ניתן להשתמש בהם בטמפרטורות גבוהות.

לאחר יותר מ-20 שנות מחקר ופיתוח חדשניים ובדיקות יישומים, התקני הסיליקון המיוחדים SOI של Cissoid השיגו עמידות יוצאת דופן לטמפרטורות גבוהות. הם יכולים לפעול ברציפות במשך 15 שנים בטמפרטורה של 175 מעלות צלזיוס, ובעלי ביצועים עקביים מצוינים לאורך כל טווח הטמפרטורות. הם מהווים את עמודי התווך התומכים ביישומים של SiC בטמפרטורות גבוהות.

לפרוץ את דילמת ה"טמפרטורה"

טכנולוגיית מוליכים למחצה מסיליקון מיוחדת מבוססת SOI של Cissoid פורצת באופן מקיף את דילמת הטמפרטורה של התקני מוליכים למחצה מסיליקון ונמנעת בבירור מהשפעת אפקט נושא הטמפרטורה (ריכוז הנושא הפנימי עולה ככל שהטמפרטורה עולה) ואפקט טמפרטורת הצומת (מחסום הצומת האפקטיבי יורד ככל שהטמפרטורה עולה) של התקני סיליקון. לא רק שהיא יכולה לעמוד בטמפרטורות גבוהות ולפעול לאורך זמן, אלא גם לשמור על עקביות ביצועים טובה לאורך כל טווח הטמפרטורות.

כתוצאה מכך, התקני מוליכים למחצה לטמפרטורה גבוהה של Cissoid זכו זה מכבר לפופולריות רבה בתחומי התעופה והחלל וחיפושי הנפט, ויש להם כמעט 20 שנות היסטוריה וניסיון ביישומים בטמפרטורות גבוהות.

בשנים האחרונות, עם הפופולריות של התקני כוח SiC מוליכים למחצה מהדור השלישי, פיתחה Cissoid שבבי דרייבר ופתרונות עמידים לטמפרטורות גבוהות עבור טרנזיסטורי MOSFET של SiC. עמידות ייחודית זו לטמפרטורה גבוהה מאפשרת למקם אותו קרוב ככל האפשר למודול כוח ה-SiC כדי למזער את ההשראות הטפילית של מעגל ההינע, ובכך לדכא בצורה יעילה יותר את הצלצולים ולהשיג יעילות אופטימלית.

לאחרונה, עבור יישומי הנעה חשמלית בכלי רכב חשמליים ומטוסים חשמליים/רב-חשמליים, השיקה Cissoid גם מערכת מודול הספק חכם (IPM) תלת-פאזית בעלת גשר מלא 1200V SiC MOSFET, שהיא סדרת פלטפורמות ניתנת להרחבה. מערכת זו משתמשת בטכנולוגיית הפסדי מיתוג נמוכים כדי לספק פתרון משולב, דהיינו IPM.

מודול IPM מורכב ממעגל הנעת שער ומודול כוח תלת פאזי מסיליקון קרביד. שיתוף הפעולה בין השניים עבר אופטימיזציה ותיאום על מנת לנצל באופן מלא את היתרונות של התקני SiC.

למודול CXT-PLA3SA12450AA המיוצר כיום יש טמפרטורת צומת מדורגת של עד 175 מעלות צלזיוס, ומעגל הנעת השער יכול לפעול בסביבה של עד 125 מעלות צלזיוס. בנוסף, בהתאם לתנאי היישום והתרחישים, ניתן לשפר עוד יותר את רמת טמפרטורת ההפעלה על ידי החלפת רכיבים פסיביים ברמה גבוהה יותר ואריזת השבבים והמודולים העיקריים.

מאז לידתם של התקני מוליכים למחצה מסיליקון, יישומים בטמפרטורה גבוהה היו המפתח ליישומיהם.

טכנולוגיית שבב הסיליקון SOI החדשנית והמיוחדת של Cissoid הובילה בהשגת פריצות דרך משמעותיות בהתקנים בדידים למחצה בטמפרטורה גבוהה ובמעגלים משולבים בקנה מידה קטן.

ככל שמוליכים למחצה מדור שלישי, כגון התקני מוליכים למחצה להספק SiC, הופכים בוגרים ופופולריים יותר ויותר, עמידותם הטבועה בטמפרטורה גבוהה והתקני מוליכים למחצה Cissoid לטמפרטורה גבוהה יוצרים התאמה טובה מאוד, שתשנה במידה רבה את דפוס תכנון מערכות החשמל ותספק למהנדסי התכנון מרחב התרחבות חדש.

הערה: מאמר זה נלקח מהאינטרנט ותומך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת המחבר בעת הדפסה חוזרת. במקרה של הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה.

מספר טלפון של החברה: 86-0755-83044319+
פקס/פקס: 86-0755-83975897+
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי

QQ: 332496225 מנהל Qiu

כתובת: חדר 809, בניין C, בניין הטכנולוגיה ז'אנטאו, שדרת מינגז'י מס' 1079, רובע לונגהואה החדש, שנזן