Siliziumkarbid-Power - eine leistungsstarke Option für Anwendungen, bei denen Kosten, Effizienz und Zuverlässigkeit gefragt sind

Siliziumkarbid-Energie bietet branchenführende Leistung und Zuverlässigkeit, so dass Elektrofahrzeuge mit jeder Ladung weiter fahren können und die Effizienz von Systemen für erneuerbare Energien und Telekommunikationsinfrastrukturen erhöht wird.

Halbleiter mit breiter Bandlücke wie SiC ermöglichen einen effektiveren Stromfluss, was die Effizienz und die Leistungsdichte erhöht. Doch wie unterscheidet sich diese Technologie von herkömmlichem Silizium?

Gesteigerte Effizienz

Siliziumkarbid-Halbleiter bieten ein besseres Wärme-, Spannungs- und Frequenzmanagement als ihre auf Silizium basierenden Gegenstücke, was SiC zu einer hervorragenden Lösung für Anwendungen macht, die ein optimales Gleichgewicht zwischen Leistungsdichte, Kosteneffizienz, Effizienz und Zuverlässigkeit erfordern.

SiC ist aufgrund seiner überlegenen Energieeffizienz die ideale Wahl für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, die kontinuierlich betrieben werden müssen, wie z. B. Stromversorgungen für Rechenzentren und Wechselrichter für erneuerbare Energien. Mit einer 10-fachen elektrischen Feldstärke, einem geringeren Durchlasswiderstand pro Fläche und chemischer Inertheit bietet SiC auch unter rauen Umweltbedingungen eine hervorragende Leistung.

Der höhere Wirkungsgrad von SiC kann Automobilkonstrukteuren dabei helfen, effizientere Traktionswechselrichter zu entwickeln, die wiederum längere Reichweiten ermöglichen und gleichzeitig Größe, Gewicht und Kosten von Batteriemanagementsystemen und Ladestationen verringern.

Wolfspeed stellt in diesem Webinar vor, wie SiC zur Optimierung von EV-Schnellladegeräten mit ihrer SiC-MOSFET-Technologie der vierten Generation für Schnelllade-Wechselrichter eingesetzt werden kann. Dabei werden die Vorteile wie 30% geringere Verluste und 40% weniger Komponenten in Kombination mit einer höheren Schaltgeschwindigkeit erläutert, um kompaktere, effizientere und zuverlässigere Ladelösungen für Fahrer und Kunden zu schaffen. Klicken Sie auf die Schaltfläche unten, um die Präsentation herunterzuladen.

Niedrigere BOM-Kosten

Die Stücklistenkostenanalyse bietet einen unschätzbaren Einblick in die Produktherstellungskosten. Genaue Kostenschätzungen helfen Herstellern, ihre Produktionskosten zu optimieren und ihr Endergebnis zu verbessern. Dazu gehört die Analyse von Stückpreisen, Arbeitskosten pro Stunde, Gemeinkosten und internen Kosten sowie von historischen Kosten, die helfen, Muster von Preisschwankungen zu erkennen.

Versteckte Kosten können aus verschiedenen Gründen entstehen, z. B. durch Unterbrechungen der Lieferkette, Engpässe und Preissteigerungen bei Rohstoffen. Diese Faktoren können die Produktionskosten schnell in die Höhe treiben und die Rentabilität beeinträchtigen. Um diese versteckten Kosten wirksam zu ermitteln, müssen schlanke Fertigungsprozesse eingesetzt werden, MRP-Software für eine straffe Bestandskontrolle verwendet und Value-Engineering-Techniken zur Vereinfachung des Produktdesigns eingesetzt werden.

Siliziumkarbid-Leistungsmodule mit breiter Bandlücke helfen den Herstellern, die Gesamtkosten für die Stückliste zu senken, da sie mit niedrigeren Temperaturen und Energieverlusten arbeiten, was wiederum dazu führt, dass weniger Kühlkörper und Leistungskomponenten für die Herstellung benötigt werden und der Platzbedarf letztlich geringer ist. Infolgedessen sind Systeme, die mit Wide-Bandgap-Modulen gebaut werden, in der Regel leichter, kleiner und kostengünstiger als ihre Silizium-Gegenstücke.

Höhere Leistungsdichte

Stromversorgungsgeräte aus Siliziumkarbid bieten eine höhere Leistungsdichte als ihre Gegenstücke auf Siliziumbasis. Ihr dünneres Material verringert die Leitungs- und Schaltverluste, wodurch ihre Stromversorgungen energieeffizienter sind als solche aus herkömmlichen Siliziummaterialien. Dies hilft industriellen Anwendungen wie Automatisierungsanlagen, Rechenzentren und Ladegeräten für Elektrofahrzeuge, Platz und Kosten zu sparen.

Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid sind 10-mal energieeffizienter als ihre Silizium-Gegenstücke, d. h. sie können bei gleicher Größe mehr Strom liefern und erzeugen dabei weniger Wärme - was zu einer höheren Geräteeffizienz und einer längeren Lebensdauer von Stromversorgungskomponenten führt, die in extremen Wärme-/Spannungsumgebungen zuverlässig arbeiten müssen.

Siliziumkarbid (SiC) unterscheidet sich erheblich von Silizium, da seine Bandlücke breiter ist und es bei viel höheren Temperaturen und Frequenzen betrieben werden kann, was eine Energieumwandlung mit verbessertem Wirkungsgrad ermöglicht. Darüber hinaus weist SiC einen geringeren Durchlasswiderstand und geringere Schaltverluste als Silizium auf, was die Effizienz der Energieumwandlung verbessert.

SiC-Leistungshalbleiter bieten im Vergleich zu siliziumbasierten Bauelementen eine höhere Spannungsfestigkeit (bis zu 15.000 V), einen geringeren Durchlasswiderstand und eine hohe Temperatur-/Strahlungsbeständigkeit ohne Degradation. Damit eignen sie sich für Anwendungen mit AC-DC-Wandlern oder Motorantrieben, die hohe Spannungen ohne Degradation oder erhöhten Durchlasswiderstand erfordern.

Breite Bandlücke

Leistungshalbleiter wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) weisen breitere Bandlücken auf, die es den Geräten ermöglichen, bei höheren Temperaturen zu arbeiten und dennoch effizient zu bleiben; dies verringert die Wärmeverluste und verbessert die Effizienz. Darüber hinaus weisen diese Materialien eine höhere kritische elektrische Felddichte und eine höhere Sättigungsgeschwindigkeit der Elektronen auf als herkömmliche Silizium-Bauelemente, wodurch sich die Effizienz noch weiter verbessert.

SiC- und GaN-Halbleiter ermöglichen es Entwicklern, energieeffizientere Produkte zu entwickeln, die kleiner und leichter sind und sich für mehr Anwendungen eignen als Silizium-Halbleiter. Dies ist besonders wichtig bei der Entwicklung von Hochleistungselektronik, die bei höheren Spannungen, Frequenzen und Temperaturen arbeitet, wie sie in Elektrofahrzeugen, Rechenzentren, Systemen für erneuerbare Energien und Batterieladegeräten zu finden sind.

Die Wide-Bandgap-Leistungskomponenten von Qorvo treiben die Einführung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen aktiv voran, indem sie es den Konstrukteuren ermöglichen, die Größe zu verringern, das Gewicht zu reduzieren und die Funktionalität zu erhöhen, ohne die bestehenden Designs mit Siliziumkomponenten zu vergrössern und zu komplizieren. Dies ermöglicht es den Herstellern, wettbewerbsfähigere Fahrzeuge in einer Branche zu produzieren, in der die Verbrauchernachfrage nach Elektrofahrzeugen weiterhin stark ansteigt.

SiC ist in verschiedenen Varianten erhältlich, die als Polytypen bezeichnet werden und davon abhängen, wie die Silizium- und Kohlenstoffatome entlang der Kristallachse angeordnet sind. Die Auswahl des idealen Polytyps für eine Anwendung ist der Schlüssel zur Optimierung der Leistung - verschiedene Kristallstrukturen ermöglichen es den Nutzern, die elektrischen und thermischen Eigenschaften entsprechend den individuellen Anwendungsanforderungen anzupassen.