Sic+si campuran karbon fusion inverter · analisis panorama dari konsep ke implementasi solusi sistem

PENDAHULUAN: Dengan kemajuan cepat teknologi kendaraan listrik, inovasi dan optimalisasi perangkat daya telah menjadi pendorong utama untuk kemajuan industri. SIC (Silicon Carbide) dan SI (Silicon) multi-variabel hybrid inverter teknologi, sebagai pencapaian inovatif yang sangat berwawasan ke depan, secara bertahap mendapatkan keunggulan di sektor kendaraan listrik.

I: Inverter macam apa yang dibutuhkan pasar?

1. Tren Pengembangan Kendaraan Listrik China dan Permintaan Semikonduktor Daya

Pasar kendaraan listrik China telah memasuki fase pertumbuhan eksplosif, muncul sebagai pendorong penting dalam transisi global ke energi baru. Seperti yang ditunjukkan dalam bagan di bawah ini, penjualan melonjak dari puluhan ribu menjadi 12,87 juta unit selama dekade dari 2013 hingga 2024, didorong oleh dukungan kebijakan, peningkatan kesadaran lingkungan konsumen, dan kemajuan teknologi. Kendaraan penumpang terus melihat pangsa pasar mereka di EV terus naik, dengan kendaraan listrik menyumbang 40,9% dari penjualan mobil baru pada tahun 2024. Pasar bergeser dari inisiatif yang didorong oleh kebijakan ke pertumbuhan yang dipimpin oleh permintaan, dengan penerimaan konsumen mencapai tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Di segmen pasar, PHEV dan Reev telah mencapai tingkat pertumbuhan 84,69% selama dua tahun terakhir. Fitur "pengisian daya fleksibel" mereka-menggunakan mode listrik murni untuk perjalanan perkotaan untuk mengurangi biaya sambil menggunakan pengisian daya bertenaga bahan bakar untuk perjalanan jarak jauh untuk mengurangi kecemasan jangkauan-memberikan beragam skenario pengguna. Mengenai platform tegangan, pangsa pasar platform tegangan tinggi 800V telah melonjak dari 2% pada 2022 menjadi 15% pada tahun 2025. Dengan kemampuan pengisian yang cepat (lebih dari 300kW) dan peningkatan efisiensi energi yang signifikan, secara efektif memenuhi permintaan kendaraan premium.

Dengan permintaan kendaraan listrik konsumen menjadi semakin beragam, ada preferensi yang berkembang untuk "ruang kabin yang lebih besar" dan "output daya yang lebih kuat". Tren ini mendorong evolusi powertrain menuju menjadi "lebih kecil, lebih kuat, lebih efisien, dan lebih hemat biaya". Setelah menganalisis tren pasar, bagaimana metrik kinerja utama inverter - komponen core dalam sistem penggerak listrik - berkembang? Mari kita jelajahi peta jalannya inverterEvolusi KPI secara rinci.

2: Inverter KPI Development Roadmap: Tingkat arah inovasi semikonduktor

Sebagai komponen penting dalam kendaraan listrik, inverter traksi secara langsung menentukan output daya kendaraan, efisiensi energi, dan pengalaman berkendara. Mengoptimalkan kinerja mereka telah menjadi strategi penting bagi pembuat mobil dan pemasok untuk meningkatkan daya saing. Mari kita periksa KPI utama inverter: efisiensi biaya, kepadatan daya, dan efisiensi siklus. Apa tren pengembangan saat ini di bidang ini?

Bagan di bawah ini menunjukkan tren perubahan KPI inti inverter dari 2019 hingga 2027. Melalui "Roadmap KPI Inverter", kita dapat dengan jelas menangkap:

■ Biaya: Sejak 2019, harga SI IGBT telah menurun sebesar 65%, dan harga SIC telah menurun sampai batas tertentu, tetapi masih sekitar 2,5-3 kali lebih mahal daripada IGBT SI.

■ Kepadatan Daya: Kurva kepadatan daya inverter menunjukkan tren naik, dari 37 kW/L pada 2019 hingga 100 kW/L pada tahun 2027, membantu mencapai desain inverter yang lebih kompak dan efisien.

■ Efisiensi CLTC-P: Kurva efisiensi SIC diperkirakan akan meningkat dari 95,8% pada 2019 menjadi 99,2% pada tahun 2027; Efisiensi Si juga ditingkatkan, tetapi selalu lebih rendah dari SIC.

3. Apa faktor yang mempengaruhi perubahan KPI ini? Ada beberapa aspek utama (titik fokus berikut):

■ Pengembangan Teknologi Integrasi: Termasuk Integrasi IC, Integrasi Mekanik, Koneksi yang Mengurangi, dll. -> Membantu untuk menyederhanakan struktur sistem, mengurangi kehilangan energi yang tidak perlu dan gangguan sinyal, sehingga mengurangi biaya, meningkatkan keandalan sistem dan kepadatan daya dan daya

■ Stabilitas dan optimasi rantai pasokan: efek skala, desain internal, pasokan lokal dan faktor -faktor lain dapat secara efektif mengontrol biaya dan memastikan pasokan komponen yang stabil; Dengan memperluas skala produksi dan mengoptimalkan tata letak rantai pasokan, biaya komponen SIC dan SI dapat dikurangi

■ Innovative approaches: Such as chip embedding in PCB configurations, software algorithms (eg, DPWM, square wave control, carrier frequency optimization, slope control), next-generation Si/SiC chip technology, low-leakage inductor packaging and layout, integrated power devices, three-level topology → These advancements enhance device performance and reliability, providing solid technical support for inverter performance improvement. Oleh karena itu, kita dapat memahami bahwa lompatan kinerja inverter berasal dari teknologi perangkat listrik yang berevolusi dari "terobosan titik tunggal" menjadi "sinergi sistem": pengurangan biaya skala besar dari IGBT berbasis SI, terobosan yang efisien dari SIC, dan sinergi dari berbagai teknologi inovatif secara kolektif membentuk "tiga dimensi tiga dimensi". Dalam transformasi ini, siapa pun yang mencapai "optimasi tiga" dalam biaya, efisiensi, dan integrasi akan merebut inisiatif dalam sistem penggerak kendaraan listrik dan mengarahkan industri ke tahap dimensi yang lebih tinggi.

II: Topologi sakelar hibrida si/sic

Sakelar hibrida terdiri dari Si IGBT dan SiC MOSFET secara paralel. Melalui desain topologi yang wajar dan strategi mengemudi, keunggulan keduanya saling melengkapi. Oleh karena itu, definisi desain struktur topologi sangat penting!

Topologi ini tidak hanya meningkatkan kapasitas pembawa saat ini dari perangkat switching tetapi juga mengurangi konduksi dan beralih kerugian, sehingga meningkatkan kinerja dan efisiensi sistem secara keseluruhan. Oleh karena itu, penting untuk menganalisis berbagai topologi dan mempelajari aplikasi dunia nyata dari sakelar hibrida di inverter untuk menunjukkan efek signifikannya dalam meningkatkan efisiensi dan keandalan inverter.

Karakteristik perangkat sakelar campuran Si/sic

Setelah menjelajahi berbagai topologi drive hybrid, analisis ini akan fokus pada konfigurasi SiC IGBT dan SiC MOSFET untuk merinci pendekatan teknis. Mari kita mulai dengan memahami tiga pertanyaan mendasar: Apa karakteristik switching Si IGBT yang dikombinasikan dengan SiC MOSFET? Apa yang membuat karakteristik ini unik? Dan bagaimana kita dapat memanfaatkan kekuatan masing -masing untuk mencapai kinerja yang optimal?

Karakteristik konduksi: Karena struktur fisiknya yang berbeda, IGBT dan SIC MOSFET menunjukkan kurva karakteristik output yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. SIC MOSFET menunjukkan karakteristik konduksi yang lebih resistif, sedangkan IGBTS memiliki perilaku tegangan lutut (tegangan lutut) yang nyata. Perbedaan teknis ini bermanifestasi sebagai karakteristik kehilangan konduksi yang berbeda antara kedua perangkat:

Pada arus rendah, SIC MOSFET memiliki kerugian yang lebih kecil; Ketika arus besar (di atas titik persimpangan kurva), IGBT memiliki lebih kecil pada kerugian.

Karakteristik konduksi IGBT dan SIC MOSFET

Karakteristik switching: IGBT adalah perangkat bipolar, dan rekombinasi operator minoritas pasti akan menyebabkan trailing arus ketika dimatikan, menghasilkan karakteristik kehilangan switching yang buruk. Namun, SiC MOSFET memiliki kecepatan switching yang lebih cepat dan tidak ada arus trailing, sehingga kerugian switchingnya memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan dengan IGBT

Sebagai kesimpulan, perangkat SIC MOSFET tidak memiliki keunggulan kinerja yang luar biasa dalam semua kondisi beban. Sangat mudah untuk dipahami bahwa titik impas perlu dipertimbangkan ketika memilih antara SIC MOSFET dan SI IGBT.

Tiga: Manajemen Waktu dan Strategi Kontrol Sakelar Hibrida

Setelah kami memiliki pemahaman yang mendalam tentang karakteristik perangkat dan cara yang tepat untuk menerapkannya di tingkat sistem, langkah selanjutnya adalah mempertimbangkan bagaimana menerapkan ide -ide desain ini? Ada tiga masalah utama: rasio saat ini, manajemen waktu, dan strategi kontrol.

1. Rasio saat ini pada dasarnya membahas: Bagaimana cara memaksimalkan kemampuan output sakelar daya sambil memastikan operasi yang aman? Menggunakan perangkat 1200V Infineon sebagai studi kasus, analisis ini menunjukkan kinerja switching aktual dari empat perangkat hybrid pada platform uji dual-pulsa ganda tabung ganda. Hasilnya menggambarkan bagaimana kapasitas saat ini mempengaruhi distribusi di bawah rasio arus hibrida yang berbeda, sementara juga mempertimbangkan rentang operasi perangkat yang aman.

2. Deskripsi terperinci Karakteristik perangkat Si/SiC: 2.5 Kehilangan Optimal dalam Pergantian Asinkron

Manajemen clocking adalah komponen penting dalam desain sakelar hibrida Si/SiC. Dengan mengontrol waktu switching SI IGBT dan SIC MOSFET secara tepat, kita dapat mencapai switching tegangan nol (ZV) di IGBT, sehingga secara signifikan mengurangi kerugian switching. Pertanyaan kuncinya adalah: Bagaimana cara mengoptimalkan kehilangan sakelar hibrida melalui strategi switching asinkron? Apa saja mode switching yang berbeda (pilihan waktu switching)? Bagaimana berbagai penundaan turn-on dan turn-off mempengaruhi kerugian di negara bagian dan off-state pada sakelar hibrida? Ini adalah aspek penting yang perlu kita atasi.

Akhirnya, kami akan memperkenalkan beberapa IC pengemudi hibrida inovatif yang tersedia di pasar yang memungkinkan operasi sinkron atau asinkron dari SIC MOSFET dan IGBT SI sambil memasukkan kemampuan manajemen waktu yang canggih. Dengan secara dinamis menyesuaikan waktu tunda ON/OFF dan urutan prioritas secara real-time, ICS ini mengoptimalkan kinerja switching di seluruh perangkat hybrid, sehingga meningkatkan efisiensi dan keandalan sistem.

Kesimpulan

Seperti yang dapat dilihat dari pengantar di atas, untuk sepenuhnya dan secara sistematis memahami arah teknis semikonduktor daya hibrida SiC-Si, ide kami secara keseluruhan adalah mengambil tiga langkah.

Langkah 1: Mulailah dengan komponen paling dasar. Pertama -tama pahami secara mendalam dan kemudian diskusikan: Apa karakteristik masing -masing? Bagaimana kinerja mereka secara paralel? Bagaimana kita dapat menggunakan karakteristik komponen ini untuk mengoptimalkan kinerja sistem?

Langkah 2: Setelah memahami karakteristik perangkat dan kinerja di bawah mode switching yang berbeda, kami pindah ke level inverter. Membangun analisis kami di tingkat perangkat, bagian ini mengeksplorasi cara memaksimalkan karakteristik output transistor melalui rasio SIC/Si yang dioptimalkan dan mendorong strategi yang disesuaikan dengan kondisi aplikasi, sambil mencapai efisiensi sistem yang lebih tinggi dan mengurangi kehilangan daya. Bagaimana kita dapat sepenuhnya memanfaatkan kemampuan pembawa saat ini dari SIC MOSFET dan IGBT SI di bawah berbagai kondisi beban untuk mencapai keseimbangan optimal antara efisiensi dan kinerja?

Bagian III: Setelah mendapatkan pemahaman menyeluruh tentang karakteristik perangkat dan pendekatan aplikasi tingkat sistem, pertanyaan kritis berikutnya adalah bagaimana menerapkan konsep-konsep desain ini. Bagian ini akan memeriksa cara mencapai operasi yang efisien dari perangkat daya SIC-Si hibrida melalui strategi kontrol yang dirancang dengan baik dan arsitektur sirkuit pengemudi, berfokus pada IC pengemudi dan desain sirkuit.

Pada akhirnya, pertanyaan kritis tetap: apa aplikasi praktis dan prospek masa depan sakelar hibrida SI/SiC pada kendaraan listrik? Ketika pasar EV terus berkembang dan teknologi energi baru maju, permintaan untuk efisiensi tinggi, kepadatan daya tinggi, dan perangkat switching yang sangat dapat diandalkan akan terus tumbuh. Dengan kinerja superior dan keunggulan biaya, sakelar hibrida SI/SiC dapat segera menjadi solusi switching yang dominan, menyuntikkan momentum segar ke dalam inovasi produk dan peningkatan teknologi.