מבוא: גליום ניטריד (GaN) וסיליקון קרביד (SiC) בעלי תכונות פיזיקליות מצוינות של חומרים עבור מוליכים למחצה מהדור השלישי, מה שמספק מרחב גדול יותר לשיפור הביצועים של התקני חשמל אלקטרוניים. כרכיב המוליך למחצה הבסיסי ביותר במערכת אספקת החשמל, התקני חשמל SiC שיפרו מאוד את יעילות ההספק והאנרגיה במגוון רחב של תרחישי יישומים צבאיים ואזרחיים, כגון כלי רכב חשמליים, רכבות מהירות, חיבור לרשת אנרגיית שמש ורוח, אספקת חשמל רציפה של UPS, פליטה אלקטרומגנטית ותחומים אחרים, והפכו למועדפים החדשים בשוק האנרגיה החדש.    
           

צ'אט לפני תחילתו

חשיבותם של התקני חצי-הספק מהדור השלישי היא להגדיל את ההספק, לשפר את היעילות ולהקטין את הגודל, דבר שלא ניתן לעקוף. המדינה מקדישה בהדרגה יותר תשומת לב לתחום המוליכים למחצה, וגם שוק ההון מתחיל לשים לב. במיוחד במלחמת הסחר המתמשכת, כולם מודעים עוד יותר לחשיבות של ייצור עצמאי של התקני כוח. בדיוק כמו הציוד הדרוש במשחק, על מנת לסנתז חפצים, אלמנט התקני ההספק הוא נושא שלא ניתן להימנע ממנו בכל מקרה. כיום, צצו גם קבוצות מקומיות בתחום התקני חצי-הספק מהדור השלישי והן תוססות ביותר. ביניהן, חברת Pinejie ייצרה התקני כוח מסיליקון קרביד בעלי ביצועים מצוינים.  
בואו נדבר באופן רשמי על ההיבטים של הביצועים המצוינים של SiC.  
           

ערך ההפסד של התקן חשמל

המדד החשוב לביצועי התקן חשמל אינו אלא אובדן כולל שלו, המורכב משני חלקים. האחד הואאובדן הולכה(אובדן הולכה) אחד הואהפסדי מיתוג(אובדן מיתוג). במילים אחרות, ככל שהאובדן נמוך יותר, כך היעילות גבוהה יותר, וכתוצאה מכך גודל קטן יותר, יעילות גבוהה יותר ומשקל קל יותר, המתאימים יותר לצרכים של יישומים מודרניים. לדוגמה, אחת הסיבות החשובות לכך שטסלה מודל 3 הצליחה להפחית את המחיר לכ-250,000 היא בגלל שהם השתמשו בפתרון SiC, ששיפר את ביצועי הסוללה והפחית את הגודל והמשקל, ובכך הפחיתה עלויות אחרות.

על מנת לסייע לספקי יישומים ולגופי הון להבין כיצד משווים ומוערכים התקני מוליכים למחצה להספק והפרמטרים העיקריים שלהם בתעשייה, נשווה כל אחד מהם בצורה אופקית ונפרט בקצרה על היתרונות והחסרונות הטכניים של מוצרי התקני SiC MOSFET של כל חברה להלן.  
           

                           派恩杰参数领先

בדור הישן יותר של יישומי אלקטרוניקת הספק, עקב תדר המיתוג הנמוך, אובדן הולכה משחק תפקיד דומיננטי. ממייסדי התעשייה הזו ואקדמאי של האקדמיה הלאומית למדעים.פרופסור ג'איאנט ב. באליגה(להלן: באשן) כבר בשנת 1989 הוצע גורם איכות להערכת אובדן ההולכה של התקני חשמל.

(ראה [i]), ε כאשר הוא הקבוע הדיאלקטרי של חומר המוליך למחצה, μ היא ניידות האלקטרונים,E_Cהוא שדה חשמלי פריצה. לפי נוסחת באשן, אם ניקח את גורם ה-BFM של חומר סיליקון כיחידה אחת, אז גורם ה-BFM של חומר SiC הוא 231 יחידות. מה הטעם? זה מראה שכאשר מייצרים התקני הספק מרובי תת-סאב (MOSFETs, דיודות Schottky וכו') עם אותו מתח גבוה, התנגדות ההפעלה של חומרי SiC קטנה פי 230! משמעות הדבר היא שאובדן ההולכה של התקני SiC קטן פי 230 מזה של התקני סיליקון תחת אותו זרם! ה-BFM המנורמל של GaN יחסית לסיליקון הוא 2097, וזה של Ga2O3 הוא 6170! לסיכום פשוט, בה שן ניבא כבר בשנות ה-80,עתידם של מוליכים למחצה להספק חייב להיות נשלט על ידי מוליכים למחצה בעלי פער אנרגיה רחב!
 

 

תמונה א'
 
 

ג'יאנט בי באליגה   
עם התפתחות טכנולוגיית האלקטרוניקה להספק ב-20 השנים האחרונות, גילו אנשים שתדירות מיתוג גבוהה יותר של מתגים יכולה להפחית את השימוש ברכיבים פסיביים כמו קבלים ומשרנים במעגל, ולהפחית את נפח ומשקל המערכת. עם זאת, ככל שתדירות המערכת עולה, הפסדי המיתוג של התקני הספק הופכים משמעותיים יותר ויותר, וגם העלות והנפח של מערכת הקירור הנדרשת עולים בהתאם, וכתוצאה מכך לא ניתן לייעל את המערכת באופן משמעותי על ידי הגדלת התדירות. פרופסור מפורסם אחר,אלכס ק. הואנג, בשנת 2004, הציע גורם איכות שמעריך באופן מקיף את אובדן ההולכה והאובדן המיתוג של התקנים.

(ראה [ii]), כאשר R_{ds, על}הוא התנגדות ההפעלה של המכשיר, ביחס לאובדן ההולכה, Q_gdזהו המטען המאוחסן בקיבול מילר של ה-gate-to-drain של המכשיר והוא פרופורציונלי להפסדי המיתוג. יחד עם זאת, מכיוון ש-R_{ds, על}ביחס הפוך לשטח המכשיר, Q_gdבאופן פרופורציונלי לשטח המכשיר, המוצר שלהם מקזז רק את ההשפעה של שטח המכשיר (או העלות), ומראה את רמת ההפסד הכוללת של המכשיר תחת פעולה בתדר גבוה. במילים פשוטות, ככל שמקדם האיכות של ה-HDFM קטן יותר, כך האיכות הכוללת של המכשיר טובה יותר.ככל שההפסד קטן יותר, כך היעילות גבוהה יותר !
 
 

אלכס ק. הואנג  
באמצעות שיטה זו, בואו נשווה את ביצועי המוצר של ספקי SiC MOSFET עיקריים בשוק:
     

מפעל	אינפיניון	החוק האיטלקי	קורי	רומא	אורן ג'יי	מותג מקומי
מָקוֹר	אירופה	אירופה	ארה"ב	יפן	סין	סין
פלטפורמה טכנולוגית	תעלה מהדור הראשון	מטוס דור שני	מטוס דור שלישי	תעלת הדור השלישי	מטוס דור שלישי	לא.? מישור דור
כבישים, על (מ?)	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 מנורמל	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*הנתונים לעיל מגיעים מגיליון נתונים הניתן להורדה באופן ציבורי באינטרנט.

בואו נסיק תחילה מסקנות באמצעות טבלת ההשוואה הזו.בטכנולוגיית MOS מישורית, כמותג מקומי, מוצרי Pinejie Semiconductor כבר מובילים בעולם, וקרובים מאוד לטכנולוגיית MOS טרנץ' עם תהליכים מורכבים!בנסיבות אידיאליות, עבור אותו תרחיש יישום, אם משתמשים בהתקן CoolSiC האחרון של Infineon כמדד, וצריכת החשמל הכוללת של ההתקן היא לפחות 10W, צריכת החשמל של ה-SiC MOSFET של Penjie היא 12.9W, צריכת החשמל של מוצרי Kerui היא 18.3W, צריכת החשמל של STMicroelectronics ו-Rohm קרובה ל-21W, וצריכת החשמל של מותג מקומי היא 31W.

סיכום

בהשראת חשמול כלי הרכב, תשתיות חדשות ופרויקטים אחרים, התקני סיליקון קרביד יהפכו למוקד התכנון האסטרטגי של תחנות כוח גדולות. טסלה משתפת פעולה באופן מלא עם STMicroelectronics, ופולקסווגן מאמצת את Corey... תחנות כוח שיכולות לנצל את הטכנולוגיה ויכולת הייצור העדכניות ביותר של התקני כוח SiC יזכו ליתרונות אסטרטגיים שאין שני להם.

הצהרת אחריות: מאמר זה נלקח מתוך "שלושה וחצי דורות של אלכימאים", התומך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת מחבר ההדפסה המחודשת. אם ישנה 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