Cree Kiselkarbid EV Power Halvledare

Crees många år av framgångar som LED-belysningsföretag gav företaget ovärderlig erfarenhet av att arbeta med kiselkarbid - ett material som förbättrar energieffektiviteten hos krafthalvledare - en erfarenhet som visade sig vara avgörande när företaget utvecklade sina elfordon och laddningsinfrastrukturer.

1200V 4H-SiC power MOSFET gör det möjligt för kraftelektronikkonstruktörer att uppnå systemverkningsgrader, storleks- och viktbesparingar som annars inte skulle kunna uppnås med kommersiellt tillgängliga kiselkomponenter på grund av de låga switchförlusterna hos dessa SiC-komponenter.

Effekttransistorer

En effekttransistor är en enhet som är konstruerad med halvledarmaterial för att hantera höga spännings- och strömnivåer. Den har tre terminaler - bas, emitter och kollektor. Den används främst i ljud- och omkopplingskretsar och dess arbetsprincip innebär att den styr strömflödet i motsatta riktningar när spänning läggs på någon av dess terminaler.

Kisel är det vanligaste materialet för transistorer, men forskarna utforskar alternativa material för att förbättra prestanda och effektivitet. En lovande kandidat är kiselkarbid, som har överlägsna halvledaregenskaper jämfört med traditionellt kisel och har lägre kopplingsförluster - vilket gör det perfekt för kraftelektroniska enheter som solcellsväxelriktare.

Cree skapar SiC-krafttransistorer som är 50% mer energieffektiva än sina konventionella motsvarigheter. De kommer att göra det möjligt för elektriska kretsar att ta emot mer spänning och ström utan att öka elförbrukningen eller föroreningsnivåerna samtidigt som elpriserna sjunker, enligt Cree. Denna utveckling skulle drastiskt kunna minska elförbrukningen och föroreningarna samtidigt som priserna på eltjänster sjunker.

Cree har utformat sin första 900V MOSFET-plattform specifikt för högfrekventa kraftelektronikapplikationer som inverterare för förnybar energi och industriella nätaggregat. Traditionella kisel-MOSFET:er lider av överdriven intern diodavledning, hög kopplingsförlust och stora Rds(on), men denna nya Cree MOSFET minskar dessa problem avsevärt, vilket leder till en 3X minskning av både systemstorlek och kostnad.

Power MOSFETs

Power MOSFETs är halvledarkomponenter som används som switchar för att reglera flödet av elektrisk energi i en elektrisk krets. MOSFETs används för applikationer som kräver höga spännings- och effektnivåer och har visat sig vara upp till 50% mer energieffektiva än traditionella kiseltransistorer samtidigt som de är mindre och kräver mindre kylning än sina motsvarigheter i kisel.

Infineon erbjuder en imponerande portfölj av toppmoderna power MOSFETs som är utformade för att öka effektiviteten samtidigt som de förbättrar termisk prestanda och EMI-beteende. Deras OptiMOS N-kanals power MOSFETs är ett särskilt bra val för höghastighetsswitchapplikationer; deras reducerade komponentantal bidrar till att öka effekttätheten. Dessutom med flera paket för att enkelt uppfylla designbegränsningar.

En effekt-MOSFET består av tre delar: source, drain och gate. Source- och drainområdena är dopade med föroreningar för att bilda antingen en elektronkoncentration (n-typ) eller en hålkoncentration (p-typ). Ett isolerande oxidskikt deponeras sedan över substratet för att täcka allt utom dess gate-region, vilket gör att endast dess gate exponeras när spänning appliceras på gate-regionen; när denna spänning appliceras bildas ett inversionsskikt mellan source- och drain-regionerna som gör att ström kan passera genom det.

Crees Wolfspeed 900V SiC power MOSFETs har blockeringsspänningar på upp till 1200 V och on-state-resistanser på endast 80 mO - betydligt lägre än RDS(on) hos jämförbara kiselkomponenter, vilket gör dem lämpliga för höghastighetsswitchapplikationer, inklusive motorstyrningar.

Effektdioder

Effektdioder är integrerade delar av elektroniska kretsar och utför en viktig funktion: de omvandlar växelström (AC) till likström (DC). De är viktiga i strömförsörjningar och likriktningskretsar för att omvandla AC till DC samtidigt som de skyddar mot strömläckage och termiska chocker. Deras högfrekventa drift och låga förluster ger ett tillförlitligt skydd mot ström- eller spänningsspikar - perfekt för högspänningsmiljöer som nätaggregat.

PIN-dioder liknar signaldioder men skiljer sig åt när det gäller konstruktion. Deras korsning består av ett kraftigt dopat P-lager och ett lätt dopat N-lager, vilket skapar vad som kallas en PIN-korsning; på grund av att denna enhet nästan har ett intrinsiskt N-lager ökar det ohmska motståndet och gör elektronpassagen svårare; som ett resultat ökar strömmen framåt linjärt medan mindre flyter bakåt.

Omvänd återställningstid för effektdioder mäter dess egenskaper genom intervallet från det att framströmmen når noll och avtar till 25% av omvänd återställningsström. Denna parameter är avgörande för höghastighetsdrift; dessutom tjänar dess snubberkrets till att skydda den mot spikar av överspänning under omvänd återhämtning.

Cree/Wolfspeed har snabbt etablerat sig som en pionjär inom halvledarteknik med brett bandgap för kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) för olika tillämpningar, i synnerhet krafthalvledare som kan arbeta vid högre spänning och lägre temperatur - idealiska för fordons-, industri- och RF-användning.

Solcellsväxelriktare

Solljuset träffar solcellerna på en panel och fotonerna slår loss elektroner från kiselskivorna och bildar en elektrisk ström - likström passar dock inte lika bra för hushålls- och företagsapparater; för att omvandla denna energi till växelström måste en solcellsväxelriktare också ha säkerhetsövervakningsfunktioner för att se till att allt fungerar korrekt.

Det finns olika typer av solcellsväxelriktare tillgängliga, var och en med unika fördelar och nackdelar. Vilken växelriktare som är lämplig för ditt hem beror på hur ditt system ansluts till elnätet; nätanslutna system bör använda mikroväxelriktare, Power Optimizer-strängväxelriktare eller standardsträngväxelriktare (förutsatt att de inte inkluderar batteribackup).

Nätanslutna växelriktare har inbyggda kretsar som matchar spänning, fas och frekvens i elnätet. Dessutom har dessa inverters ett ölandsskydd som hindrar invertern från att producera ström när elnätet går ner, vilket skyddar elbolagets personal medan de återställer elnätet och förhindrar strömavbrott.

Centrala växelriktare är idealiska för större system som kräver hundratals kilowatt eller mer effekt, och de har vanligtvis formen av stora metallskåp som monteras på marknivå för att underlätta åtkomsten för drift- och underhållspersonal. Centrala växelriktare tenderar dessutom att vara billigare än mikroväxelriktare och kan installeras i olika konfigurationer.