Kiselkarbid Power

Kiselkarbidkraft revolutionerar system för förnybar energi, elfordon och telekominfrastruktur. Som en sammansatt halvledare med 10 gånger högre elektrisk fältstyrka än kiselenheter överträffar dess banbrytande prestanda deras motsvarigheter.

Wolfspeed tillhandahåller produkter och expertis för att uppgradera kraftkonstruktioner med SiC. Här är några av de viktigaste fördelarna.

Högspänning & högström

Kiselkarbid (SiC)-baserade kraftkretsar kan arbeta vid högre spänningar och frekvenser än sina kiselbaserade motsvarigheter, vilket minskar de totala systemförlusterna samtidigt som effektiviteten förbättras. Detta möjliggör mindre och lättare kraftkonstruktioner med ökad effekttäthet som i slutändan leder till minskade BOM-kostnader.

SiC:s överlägsna prestanda beror på dess breda bandgap, vilket gör att den kan överföra elektrisk energi mycket effektivare än traditionella kiselhalvledare. Detta möjliggör kraftaggregat med mycket högre genombrottsspänning och strömstyrka, snabbare växling, reducerad on-resistans och förbättrad termisk hantering.

Detta kan resultera i mindre och mer kompakta system med mindre spill, högre tillförlitlighet och bättre prestanda för kritiska applikationer som växelriktare för elfordon och solkraftsomvandlare. Dessutom bidrar förbättrad motoreffektivitet till längre körsträckor för elbilar och ökad tillförlitlighet i elnätet, vilket gynnar andra kritiska system som elnätet.

ST:s portfölj av SiC-kraftkomponenter omfattar snabbkopplande högspänningsdioder och tyristorer med branschledande maximal genomslagsspänning på 20 kV och frekvensområde på upp till 500 MHz - perfekt för högspända DC/DC-omvandlare som används i växelriktare för elfordon samt stationära växelriktare för solceller. Tack vare våra omfattande utvärderingsverktyg och designstödjande tjänster kan konstruktörer uppgradera befintliga system samtidigt som kostnaderna hålls nere - vilket ger snabbare time-to-market och bibehållen konkurrenskraft på marknaden.

Hög temperatur och hög temperaturbeständighet

Kiselkarbidens breda bandgap gör att den kan arbeta vid högre temperaturer, spänningar och frekvenser än enheter som enbart består av kisel. Detta gör att kraftaggregat som är konstruerade med kiselkarbid kan arbeta mer effektivt samtidigt som förluster och värmeproduktion minskar - vilket leder till mindre och effektivare enheter överlag.

Denna hårda, eldfasta halvledare kan öka körsträckan för elbilar med upp till 30% genom att förbättra växelriktarsystemets prestanda och effektivitet, och även bidra till att sänka den totala batterikostnaden genom att tillhandahålla snabbladdningskapacitet på kortare tid.

Kiselkarbidpulver är mångsidigt till sin natur och används ofta som slipmaterial inom flyg- och fordonstillämpningar för att uppnå precisionsmått med slät yta på metall- och keramikdelar. Dessutom används kiselkarbid i stor utsträckning som ett deoxideringsmedel, vilket producerar kiseltetraklorid som en industriell kemikalie som används för ståltillverkningsprocesser.

SiC är i sitt rena tillstånd en elektrisk isolator men kan dopas med föroreningar för att bli en halvledare. Aluminium, bor, gallium och fosfor används vanligen som dopningsmedel för att ge SiC halvledaregenskaper av P-typ och N-typ. Med så många dopningsalternativ tillgängliga kan tillverkarna skräddarsy SiC för specifika elektronik- och sensortillämpningar genom att välja specifika föroreningar för att skapa önskade beteenden i enheter som använder det; i slutändan producerar en enhet som kan arbeta under extrema temperaturer med lågt påslagsmotstånd och kopplingshastighet vilket resulterar i lågt påslagsmotstånd och kopplingshastigheter - perfekt för högtemperaturmiljöer!

Hög effektivitet och hög tillförlitlighet

Kisel är traditionellt det material som används för kraftelektronikapplikationer, men i takt med att kraftsystemen kräver högre effektivitet och högre effekttäthet har kiselkarbid seglat upp som ett effektivt alternativ.

SiC, en sammansatt halvledare som består av kisel och kol, erbjuder många fördelar jämfört med traditionella kiselbaserade kraftaggregat: högre genomslagsspänning, snabbare kopplingshastigheter, lägre genomgångsresistans och bättre värmeledningsförmåga - vilket i sin tur leder till minskade förluster och effektivare kraftomvandling.

SiC har fördelen att kunna arbeta vid mycket högre frekvenser (upp till 200 kHz) samtidigt som det håller samma jonisationstemperatur, vilket minskar kylbehovet och systemstorleken samtidigt som det sänker BOM-kostnaderna och möjliggör mer kompakta och lätta system.

SiC:s överlägsna tillförlitlighet bör också tas med i beräkningen, eftersom dess inneboende bärartäthet är mer än 10 storleksordningar lägre än kisel och följaktligen leder till minskade läckströmmar och självuppvärmning för enheter, vilket leder till längre livslängd för dessa produkter.

SiC är känt för sina fördelar när det gäller prestanda och effektivitet. Dessutom skyddar dess kemiska inertitet, strålningshårdhet och höga dielektriska hållfasthet den mot miljöförstöring samtidigt som den ger tillförlitlig drift över ett brett driftstemperaturområde. På grund av dessa egenskaper är SiC-kraft idealisk för applikationer som involverar regenerativ bromsning och snabbladdning av elfordon med spänningssvängningar som kan nå betydande nivåer; Wolfspeed erbjuder verktyg och resurser som gör det enklare att uppgradera befintliga konstruktioner med SiC och sänker BOM-kostnaderna samtidigt som systemets tillförlitlighet ökar.

Hög effektivitet och låg kostnad

Kisel har länge varit det självklara materialet för applikationer inom kraftelektronik. Men i takt med att systemen kräver högre verkningsgrad, högre effekttäthet och ökad tillförlitlighet blir sammansatta halvledare som SiC ett allt populärare alternativ. Deras bredare bandgap och lägre effektförlust möjliggör mindre och lättare nätaggregat med ökad prestanda.

SiC erbjuder ett ökat bandgap jämfört med kisels 1,12 eV-område, vilket gör att kraftelektroniska enheter kan arbeta vid högre temperaturer, spänningar och frekvenser.

Dessa egenskaper bidrar också till att sänka systemkostnaderna genom att möjliggöra mer kostnadseffektiv kylning och enklare konstruktioner. SiC:s förmåga att tolerera höga värmenivåer innebär att det krävs mindre komplexa lösningar för termisk hantering och att komponenterna kan byggas tätare ihop.

SiC är en utmärkt ledare av elektricitet; mindre energi går till spillo i form av värmeförluster, vilket ytterligare förbättrar energieffektiviteten och minskar komponentkostnaderna - en tillgång som gör SiC till ett utmärkt val för applikationer som kräver verksamhetskritiska krav.

Kiselkarbid skiljer sig från kisel genom att det finns i olika polytyper med olika kristallstrukturer, där 3C-SiC (3-kol-tetrahedral eller zinkblende) är en av de mer använda sorterna med ABC-staplingssekvens och isotropa egenskaper; ofta används kommersiellt för applikationer inklusive e-mobilitet och vindkraftverkskonverterare.