Source: This article comes from John Palmour, chief technical officer of Wolfspeed, Cree.

Veel energiesystemen stappen over van silicium (Si) naar siliciumcarbide (SiC) technologie. Dit is de grootste verandering die de halfgeleiderindustrie voor vermogenselektronica heeft meegemaakt sinds de overgang van bipolaire halfgeleiders naar geïsoleerde gate bipolaire transistoren (IGBT's) in de jaren 1980. Deze verschuiving vindt plaats in een tijd waarin veel van de getroffen industrieën een ongewone periode van ingrijpende veranderingen doormaken. Van de auto-industrie tot zonne-energie, de voordelen van siliciumcarbide (SiC) zijn niet langer te negeren. Terwijl ze zelf aanzienlijke veranderingen ondergaan, werken alle grote spelers eraan om siliciumcarbide (SiC) verder in hun technologieën te integreren.

De auto-industrie is een schoolvoorbeeld van een moderne industrie die ongekende veranderingen doormaakt. In het komende decennium zal de auto-industrie overstappen van verbrandingsmotoren naar elektrificatie. De omzetting van silicium (Si) naar siliciumcarbide (SiC) speelt een belangrijke rol bij het efficiënter maken van elektrische voertuigen, zodat ze voldoen aan de eisen van de consument en tegelijkertijd voldoen aan overheidsvoorschriften met betrekking tot de gevolgen van klimaatverandering. Siliciumcarbide (SiC)-oplossingen helpen elektrische voertuigen naar een hoger niveau te tillen, door toepassingen zoals snellaadinfrastructuur, aandrijfomvormers en voedingen te verbeteren en door vooruitgang mogelijk te maken in toepassingen zoals telecommunicatie, defensie en ruimtevaart.

Afbeelding 1. Cree-medewerkers in het laboratorium.

Mogelijkheden voor elektrische voertuigen

Autofabrikanten zoals Tesla, Ford en Volkswagen hebben plannen aangekondigd om de komende tien jaar meer dan 300 miljard dollar te investeren in elektrische voertuigen, nu de vraag van consumenten blijft groeien en de overheidsregelgeving strenger wordt. Analisten voorspellen dat volledig elektrische voertuigen (BEV's) in 2030 15% van het wagenpark zullen uitmaken. Als gevolg hiervan zal de markt voor siliciumcarbide (SiC)-componenten voor elektrische voertuigen de komende jaren exponentieel groeien.

Met zoveel nadruk op elektrificatie kunnen fabrikanten de voordelen van siliciumcarbide (SiC) niet langer negeren. Siliciumcarbide (SiC) vergroot de actieradius van de batterij, verbetert de prestaties en verkort de laadtijden in vergelijking met de siliciumtechnologie (Si) die in conventionele elektrische voertuigen wordt gebruikt. Daarom hebben veel leveranciers initiatieven voor elektrische voertuigen met Cree aangekondigd. Delphi Technologies ontwikkelt bijvoorbeeld efficiëntere, kleinere en lichtere omvormersystemen met behulp van siliciumcarbide (SiC) halfgeleiders, terwijl de ZF Group volledig elektrische aandrijflijnen ontwikkelt. De ABB Group ontwikkelt en levert diverse energiesystemen op basis van siliciumcarbide (SiC).

Efficiëntieverbetering

Siliciumcarbide (SiC) heeft veel lagere schakelverliezen dan op silicium (Si) gebaseerde IGBT's. Bovendien hebben siliciumcarbidecomponenten geen ingebouwde spanning en zijn hun geleidingsverliezen aanzienlijk lager. Hierdoor heeft siliciumcarbide (SiC) een hogere vermogensdichtheid, is het lichter en werkt het op hogere frequenties. In een recente automobieltest verminderde de siliciumcarbidetechnologie (SiC) van Cree de verliezen van omvormers met ongeveer 78% in vergelijking met silicium (Si).

In de automobielindustrie kunnen deze efficiëntieverbeteringen worden toegepast in aandrijfsystemen, vermogensomvormers en externe en ingebouwde laders. Siliciumcarbide (SiC) kan de algehele efficiëntie van elektrische voertuigen met 5% tot 10% verhogen ten opzichte van traditionele oplossingen op basis van silicium (Si). Fabrikanten kunnen dit gebruiken om de actieradius te vergroten of de behoefte aan omvangrijke en dure accu's te verminderen. Bovendien vermindert siliciumcarbide (SiC) de koelingsbehoefte, bespaart het ruimte en is het lichter dan oplossingen op basis van silicium (Si). Siliciumcarbide (SiC) wordt ook gebruikt in snelladers, die momenteel de actieradius met 120 kilometer (75 mijl) vergroten in slechts 5 minuten.

De aanhoudende daling van de kosten van siliciumcarbide (SiC)-oplossingen heeft geleid tot een verdere toename van het gebruik ervan. Neem bijvoorbeeld auto's: we schatten dat de siliciumcarbide (SiC)-componenten in een elektrische auto ongeveer $250 tot $500 waard zijn (afhankelijk van het benodigde vermogen). De totale besparing voor autofabrikanten op het gebied van batterijkosten, de grootte en het gewicht van de batterij en omvormer, en de koeling kan oplopen tot wel $2,000 per elektrische auto. Hoewel er veel andere factoren zijn die de overgang van silicium (Si) naar siliciumcarbide (SiC) stimuleren, is dit punt cruciaal.

Buiten de automobielindustrie

De vraag vanuit de auto-industrie is goed voor ongeveer de helft van Cree's marktpotentieel van 9 miljard dollar voor siliciumcarbide (SiC), terwijl zonne-energie, lucht- en ruimtevaart en defensie, en communicatie-infrastructuur andere belangrijke aanjagers van de vraag zijn. Volgens recente schattingen van Canaccord Genuity zal de vraag naar siliciumcarbide (SiC) in 2030 de 20 miljard dollar overschrijden.

图2. Cree-MOSFET van 650 V

Vermogenscomponenten van siliciumcarbide (SiC) helpen industriële en energiebedrijven ook om het energieverbruik en de ruimtebenutting te optimaliseren. Siliciumcarbide (SiC) geeft hoogfrequente industriële voedingen en UPS-systemen een hogere efficiëntie, een hogere vermogensdichtheid en een lager gewicht, en de voordelen van siliciumcarbide (SiC) wegen ruimschoots op tegen de kosten. In deze sectoren betekent een hogere efficiëntie een hogere winst.

Op het gebied van vermogenselektronica is siliciumcarbide (SiC) veel efficiënter dan silicium (Si) en heeft het een driemaal hogere vermogensdichtheid. Hierdoor worden hoogspanningssystemen lichter, kleiner, efficiënter en kosteneffectiever. Deze superieure prestaties hebben een omslagpunt bereikt en fabrikanten kunnen dit niet langer negeren als ze concurrerend willen blijven op de huidige markt.

De toekomst van halfgeleiders

De kosten vormden voorheen een grote belemmering voor de toepassing van siliciumcarbide (SiC). Maar naarmate de productie en de ervaring toenemen, dalen de kosten. Daardoor is de productie ook efficiënter en verfijnder geworden. Bovendien realiseren klanten zich dat de werkelijke waarde van siliciumcarbide (SiC) op systeemniveau ligt, in plaats van op apparaatniveau. Om aan de behoeften van diverse industrieën te voldoen, zal de productie van siliciumcarbide (SiC) verder verbeteren, de productie blijven groeien en de prijs blijven dalen. Cree heeft bijvoorbeeld grootschalige investeringen gedaan om aan deze behoeften te voldoen, waaronder de bouw van een fabriek in de staat New York die gebruikmaakt van geavanceerde technologie en voldoet aan de normen voor de automobielindustrie. Deze fabriek zal de productiecapaciteit meer dan dertig keer zo groot maken als in 2017.

De overgang van silicium (Si) naar siliciumcarbide (SiC) is niet langer een kwestie van óf en wanneer het zal gebeuren; we zijn er al. Het is spannend om volledig betrokken te zijn bij de enorme veranderingen in vele industrieën. De toekomst van deze industrieën is absoluut niet statisch en we zullen zeker ongekende veranderingen blijven zien. En de fabrikanten die zich snel aan deze veranderingen kunnen aanpassen, zullen daar de vruchten van plukken.

Let op: Dit artikel is afkomstig van internet en ondersteunt de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen