Wprowadzenie: Azotek galu (GaN) i węglik krzemu (SiC) charakteryzują się doskonałymi właściwościami fizycznymi, co czyni je idealnymi materiałami do produkcji półprzewodników trzeciej generacji, dając większe możliwości poprawy wydajności urządzeń elektroniki mocy. Jako podstawowy element półprzewodnikowy systemu zasilania, urządzenia zasilające SiC znacznie poprawiły wydajność energetyczną i moc w szerokim zakresie zastosowań wojskowych i cywilnych, takich jak pojazdy elektryczne, kolej dużych prędkości, połączenia z sieciami energii słonecznej i wiatrowej, systemy zasilania bezprzerwowego UPS, wyrzuty elektromagnetyczne i inne, stając się nowym ulubieńcem rynku energii.    
           

Porozmawiaj przed rozpoczęciem

Znaczenie urządzeń trzeciej generacji o połowie mocy polega na zwiększeniu mocy, zwiększeniu wydajności i zmniejszeniu rozmiarów, czego nie da się pominąć. Kraj stopniowo zwraca coraz większą uwagę na sektor półprzewodników, a rynek kapitałowy również zaczyna to zauważać. Zwłaszcza w obliczu trwającej wojny handlowej, wszyscy są jeszcze bardziej świadomi znaczenia niezależnej produkcji urządzeń mocy. Podobnie jak niezbędny sprzęt w grze, element urządzeń mocy jest tematem, którego nie można pominąć w żadnym wypadku. Obecnie pojawiły się również krajowe zespoły w sektorze urządzeń o połowie mocy trzeciej generacji, które cieszą się ogromnym zainteresowaniem. Wśród nich znajduje się firma Pinejie, która wyprodukowała urządzenia mocy z węglika krzemu o doskonałej wydajności.  
Porozmawiajmy formalnie o aspektach doskonałej wydajności SiC.  
           

Wartość strat urządzenia zasilającego

Ważnym wskaźnikiem wydajności urządzenia energetycznego jest nic innego jak jego strata całkowita, która składa się z dwóch części. Pierwsza toutrata przewodnictwa(Strata przewodzenia) Jedna tostraty przełączania(Strata przełączania). Innymi słowy, im niższa strata, tym wyższa sprawność, co przekłada się na mniejsze rozmiary, wyższą sprawność i niższą wagę, co jest bardziej odpowiednie dla nowoczesnych zastosowań. Na przykład, jednym z ważnych powodów, dla których Tesla Model 3 mogła obniżyć cenę do około 250 000, jest zastosowanie rozwiązania SiC, które poprawiło wydajność baterii oraz zmniejszyło rozmiar i wagę, a tym samym inne koszty.

Aby pomóc dostawcom aplikacji i stronom kapitałowym zrozumieć, w jaki sposób w branży porównuje się i ocenia urządzenia półprzewodnikowe mocy oraz ich główne parametry, porównamy je poziomo i krótko omówimy techniczne zalety i wady produktów MOSFET SiC każdej firmy.  
           

                           派恩杰参数领先

W starszej generacji zastosowań elektroniki mocy, ze względu na niską częstotliwość przełączania, straty przewodzenia odgrywają dominującą rolę. Twórca tej branży i członek Narodowej Akademii NaukProfesor Jayant B. Baliga(hereinafter referred to as Bashen) As early as 1989, a quality factor to evaluate the conduction loss of power devices was proposed

(patrz [i]), ε gdzie jest stałą dielektryczną materiału półprzewodnikowego, μ jest ruchliwością elektronów,E_Cto pole elektryczne przebicia. Zgodnie ze wzorem Bashena, jeśli przyjmiemy współczynnik BFM materiału krzemowego jako 1 jednostkę, to współczynnik BFM materiału SiC wynosi 231 jednostek. Jaki jest sens? To pokazuje, że przy produkcji wielopodrzędnych urządzeń mocy (MOSFET-ów, diod Schottky'ego itp.) o tym samym wysokim napięciu, rezystancja przewodzenia materiałów SiC jest 230 razy mniejsza! Oznacza to, że straty przewodzenia urządzeń SiC są 230 razy mniejsze niż urządzeń krzemowych przy tym samym prądzie! Znormalizowany współczynnik BFM GaN w stosunku do krzemu wynosi 2097, a Ga2O3 6170! Krótko mówiąc, Ba Shen przewidział to już w latach 1980. XX wieku:Przyszłość półprzewodników mocy musi opierać się na półprzewodnikach o szerokiej przerwie energetycznej!
 

 

Zdjęcie i
 
 

Jayant B. Baliga   
Wraz z rozwojem technologii elektroniki mocy w ciągu ostatnich 20 lat, odkryto, że wyższa częstotliwość przełączania przełączników może zmniejszyć użycie elementów pasywnych, takich jak kondensatory i cewki indukcyjne, w obwodzie, a także zmniejszyć objętość i wagę systemu. Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości systemu, straty przełączania urządzeń mocy stają się coraz większe, a koszt i objętość wymaganego systemu chłodzenia również odpowiednio rosną, co uniemożliwia znaczącą optymalizację systemu poprzez dalsze zwiększanie częstotliwości. Inny znany profesor,Alex Q. Huangzaproponował w 2004 r. współczynnik jakości, który kompleksowo ocenia straty przewodzenia urządzeń i straty przełączania.

(patrz [ii]), gdzie R_{ds, wł}jest rezystancją przewodzenia urządzenia, proporcjonalną do strat przewodzenia Q_gdJest to ładunek zgromadzony w pojemności Millera między bramką a drenem urządzenia i jest proporcjonalny do strat przełączania. Jednocześnie, ponieważ R_{ds, wł}Odwrotnie proporcjonalnie do powierzchni urządzenia Q_gdProportional to the device area, their product just offsets the impact of the device area (or cost), showing the overall loss level of the device under high-frequency operation. In layman’s terms, the smaller the HDFM quality factor, the better the overall quality of the device.Im mniejsza strata, tym wyższa wydajność !
 
 

Alex Q. Huang  
Using this method, let’s compare the product performance of major SiC MOSFET suppliers on the market:
     

fabryka	Infineon	Włoskie prawo	Corey	Roma	Sójka sosnowa	Marka krajowa
Origin	Europa	Europa	USA	Japonia	Chiny	Chiny
Platforma technologiczna	okop pierwszej generacji	samolot drugiej generacji	samolot trzeciej generacji	okop trzeciej generacji	samolot trzeciej generacji	Nie? Samolot generacji
Rds,on (m?)	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
Znormalizowany HDFM	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*Powyższe dane pochodzą z publicznie dostępnej karty danych dostępnej do pobrania w Internecie.

Najpierw wyciągnijmy wnioski na podstawie tabeli porównawczej.W technologii planarnych tranzystorów MOS, jako marka krajowa, produkty Pinejie Semiconductor są już światowymi liderami i są bardzo bliskie technologii tranzystorów MOS w technologii rowkowej, wykorzystującej złożone procesy!W idealnych warunkach, dla tego samego scenariusza zastosowania, jeśli jako punkt odniesienia posłużymy się najnowszym urządzeniem CoolSiC firmy Infineon, a całkowity pobór mocy urządzenia wynosi co najmniej 10 W, pobór mocy tranzystora MOSFET SiC firmy Penjie wynosi 12.9 W, pobór mocy produktów firmy Kerui wynosi 18.3 W, pobór mocy urządzeń STMicroelectronics i Rohm wynosi blisko 21 W, a pobór mocy krajowej marki wynosi 31 W.

Wniosek

W związku z elektryfikacją pojazdów transportowych, nową infrastrukturą i innymi projektami, urządzenia z węglika krzemu staną się priorytetem strategicznego planowania dużych elektrowni. Tesla w pełni współpracuje z STMicroelectronics, a Volkswagen z Coreyem... Elektrownie, które będą w stanie wykorzystać najnowsze technologie i moce produkcyjne urządzeń z węglika krzemu (SiC), zyskają niezrównane korzyści strategiczne.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł pochodzi z publikacji „Three and a Half Generations of Alchemists”, która wspiera ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia przedruku.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen