Jaki jest trend wykorzystania diod w stacjach ładowania pojazdów nowej energii?

1, Iteracja technologiczna: przejście z tradycyjnych-krzemów na półprzewodniki o szerokiej przerwie energetycznej
Tradycyjne diody krzemowe-od dawna dominują na rynku stosów ładujących ze względu na ich niski koszt i dojrzałą technologię. Jednakże wraz z rozwojem nowych pojazdów zasilanych energią w stronę wysokiego napięcia i dużej mocy, wąskie gardło w zakresie wydajności diod krzemowych- staje się coraz bardziej widoczne. Na przykład w scenariuszu szybkiego ładowania-wysokim napięciem 800 V, wysokie straty w procesie odzyskiwania wstecznego i niska częstotliwość przełączania diod krzemowych-prowadzą do zmniejszenia wydajności systemu, podczas gdy problemy ze stabilnością w środowiskach-o wysokiej temperaturze również ograniczają ich zastosowanie.

Rozwój materiałów półprzewodnikowych o szerokim paśmie wzbronionym, takich jak węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN), wyznaczył nowy kierunek udoskonalania technologii diod. Biorąc za przykład diody SiC Schottky'ego, mają one następujące zalety:

Niski opór: Krytyczne natężenie pola przebicia materiału SiC jest 10 razy większe niż w przypadku krzemu, dzięki czemu można uzyskać cieńszą warstwę dryfu, zmniejszając w ten sposób opór i straty energii.
Charakterystyka przełączania przy wysokiej częstotliwości: czas powrotu do stanu pierwotnego (t_rr) diod SiC jest bliski zeru, co znacznie zwiększa częstotliwość przełączania i dopasowuje się do wymagań modułów ładujących o wysokiej-częstotliwości.
Odporność na wysoką temperaturę: urządzenia SiC mogą działać stabilnie w środowiskach powyżej 200 stopni, zmniejszając złożoność projektowania rozpraszania ciepła i poprawiając niezawodność systemu.
Według przewidywań instytucji badawczych, wielkość światowego rynku diod SiC przekroczy 3 miliardy dolarów amerykańskich do roku 2026, przy łącznej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 15%, z czego ponad 30% będzie stanowić pole stosów ładujących. Krajowe przedsiębiorstwa, takie jak Silanwei i Yangjie Technology, rozpoczęły masową produkcję diod SiC Schottky'ego i stopniowo wprowadziły scenariusze o wysokiej wartości dodanej, takie jak stosy ładowania i OBC (ładowarki pokładowe).

2, Innowacje materiałowe: wspólna optymalizacja technologii pakowania i projektowanie rozpraszania ciepła
Poprawa wydajności diod nie opiera się tylko na innowacjach materiałowych, ale wymaga także wspólnej optymalizacji technologii pakowania i projektowania rozpraszania ciepła. W stacjach ładowania diody muszą wytrzymywać trudne warunki, takie jak przełączanie przy wysokim prądzie, wysokim napięciu i-wysokiej częstotliwości, a tradycyjne formy opakowań (takie jak DO-41, TO-220) nie są już w stanie spełnić tych wymagań. Obecnie branża przyspiesza swoją ewolucję w kierunku:

Kompaktowe opakowania: DFN (dwu-płaskie, dwustronne, bez pinów), SODFL (mała dioda krosowa) i inne formy opakowań stały się preferowanym wyborem w przypadku układów PCB o-gęstej gęstości ze względu na ich małe rozmiary i niskie parametry pasożytnicze. Na przykład diody w obudowie DFN mogą zmniejszyć rozmiar urządzenia do 1/5 tradycyjnych produktów, poprawiając jednocześnie wydajność rozpraszania ciepła.
Opakowania o wysokim współczynniku rozpraszania ciepła: w przypadku modułów ładujących o dużej-mocy firmy poprawiają przewodność cieplną diod, stosując takie materiały, jak podłoża miedziane i opakowania ceramiczne. Na przykład dioda SiC w kapsułce ceramicznej opracowana przez pewne przedsiębiorstwo może zmniejszyć wzrost temperatury o 40 stopni i poprawić wydajność systemu o 2% w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami-opartymi na krzemie w scenariuszu ultraszybkiego ładowania o mocy 350 kW.
Zintegrowana konstrukcja: zintegruj wiele jednostek diodowych w pojedynczy moduł lub spakuj je razem z MOSFET-em i obwodem napędowym, tworząc kompleks urządzeń zasilających (taki jak moduł IPM), co może uprościć projektowanie obwodów, zmniejszyć indukcyjność pasożytniczą i poprawić niezawodność systemu.
3, Rozszerzenie scenariusza zastosowania: od modułu ładowania do pełnej ochrony łańcucha
Wraz z unowocześnieniem technologii stacji ładowania, scenariusze zastosowań diod rozciągają się od tradycyjnych modułów ładowania do całego łańcucha, obejmując wiele aspektów, takich jak zarządzanie energią, kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) i ochrona bezpieczeństwa

Zarządzanie energią: w obwodach PFC (korekcja współczynnika mocy) diody szybkiego odzyskiwania w połączeniu z tranzystorami MOSFET SiC mogą osiągnąć wysoką-wydajność i konwersję energii o niskim poziomie harmonicznych, spełniając wymagania normy IEC 61000-3-2.
Kompatybilność elektromagnetyczna: Diody TVS (tłumienie napięcia przejściowego) dzięki nanosekundowej szybkości reakcji mogą skutecznie tłumić napięcia udarowe powstające, gdy stacje ładowania są podłączone do pojazdów, chroniąc obwód dalszy przed uszkodzeniem. Na przykład dioda TVS o mocy 5 kW opracowana przez pewne przedsiębiorstwo ma dokładność napięcia zaciskania wynoszącą ± 5% i zwiększoną zdolność pochłaniania przepięć wynoszącą 10 kA.
Ochrona bezpieczeństwa: Na interfejsie pistoletu ładującego układ diod może tworzyć obwody zabezpieczające przed cofaniem i zabezpieczeniem przed przepięciem/przetężeniem, aby zapobiec uszkodzeniu sprzętu spowodowanemu nieprawidłowym działaniem. Na przykład układ ładowania określonego modelu samochodu wykorzystuje dwukierunkowe diody TVS do utrzymywania napięcia wstecznego w bezpiecznym zakresie, co pozwala uniknąć ryzyka przeładowania pakietu akumulatorów.