Les dispositifs d'alimentation SiC accélèrent les mises à niveau des nouveaux produits énergétiques des véhicules

En tant que l'un des matériaux semi-conducteurs de troisième génération, le carbure de silicium (SiC) a les caractéristiques de résistance à haute pression, résistance à haute température, faible perte d'énergie et résistance de fonctionnement à haute fréquence. Par conséquent, l'utilisation de dispositifs d'alimentation SiC peut réduire considérablement les coûts pour l'utilisateur final. À ce stade, tous les fabricants ont de grands espoirs pour la nouvelle génération de dispositifs de puissance SiC et attendent avec impatience de réaliser la miniaturisation des modules de puissance.

Récemment, UniSiC, un fournisseur de modules de semi-conducteurs de puissance SiC et de solutions d'application, a annoncé avoir réalisé des dizaines de millions de RMB dans le cadre d'un financement providentiel. Les fonds de financement seront utilisés pour le développement de produits et la production de masse. À l'heure actuelle, les dispositifs d'alimentation SiC sont principalement utilisés dans les équipements montés sur véhicule. Avec le développement vigoureux de l'industrie automobile à nouvelle énergie, les dispositifs de puissance SiC y joueront un rôle de plus en plus important, ce qui devrait apporter de nouveaux changements à l'industrie automobile à nouvelle énergie.

Les dispositifs d'alimentation SiC améliorent considérablement l'efficacité de la conversion d'énergie

Ces dernières années, les appareils électriques sont progressivement devenus le «centre» de l'attention de tous. Le directeur des produits de BYD Power Device, Yang Qinyao, a déclaré au journaliste de China Electronics News que les appareils de puissance sont le «processeur» de l'électronique de puissance. Ce sont les puces de base pour les réseaux électriques UHV, les trains à grande vitesse, les piles de chargement pour les véhicules à énergie nouvelle, les onduleurs industriels et les serveurs. Les composants clés du module d'alimentation du système jouent le rôle de conversion de fréquence, de conversion de courant et de conversion de tension.

En tant que nouveau type de dispositif d'alimentation, le dispositif d'alimentation SiC présente de grands avantages dans l'application de véhicules à énergie nouvelle. Il est rapporté que les matériaux SiC ont d'excellentes propriétés physiques et chimiques telles qu'une résistance à haute pression, une résistance à haute température, un rendement élevé, une haute fréquence et une résistance au rayonnement, ce qui peut grandement améliorer l'efficacité de conversion des sources d'énergie existantes. Les composants impliqués dans les applications des semi-conducteurs de puissance dans la nouvelle architecture de système de véhicule énergétique comprennent trois parties principales: les pilotes de moteur, les chargeurs embarqués (OBC) / piles de charge hors carte et les systèmes de conversion de puissance (DC / DC embarqués). Les dispositifs d'alimentation SiC reposent sur leur unique Les avantages de l'entreprise jouent un rôle important.

Dans le domaine de la commande de moteur, l'utilisation de dispositifs SiC peut améliorer l'efficacité du contrôleur, la densité de puissance et la fréquence de commutation, et réduire le coût, le poids, la taille et la complexité des onduleurs de puissance en réduisant les pertes de commutation et en simplifiant le système de traitement thermique du circuit. Les données pertinentes montrent que l'utilisation de dispositifs SiC dans les entraînements de moteur peut réduire considérablement les pertes. En effet, lors de l'utilisation de dispositifs SiC, la perte de l'onduleur composé de SiC BJT est réduite de 53%; lorsque la fréquence augmente, la perte sera encore réduite. On comprend que lorsque la fréquence de commutation est de 15 kHz, la perte de l'inverseur SiCBJT sera réduite de 67%.

L'utilisation de dispositifs d'alimentation SiC dans les chargeurs embarqués et les piles de charge externes peut augmenter la fréquence de fonctionnement des chargeurs de batterie, atteindre un rendement élevé et une miniaturisation du système de charge et améliorer la fiabilité du système de charge. Il est rapporté que l'environnement de travail du module de charge a les caractéristiques de haute fréquence, haute tension et haute température. Par rapport aux dispositifs à base de Si, les caractéristiques des dispositifs SiC sont plus adaptées à un tel environnement de travail. Par conséquent, les appareils SiC sont prometteurs dans les modules de charge.

L'utilisation de dispositifs d'alimentation SiC dans le système de conversion de puissance peut réduire la taille du circuit, réduire le poids, réduire le coût des composants passifs et réduire considérablement le poids et le volume de l'ensemble du système tout en répondant aux besoins du système de refroidissement. On comprend que dans les véhicules électriques, la partie moteur a besoin d'un système de refroidissement pour maintenir sa température à 105 ° C, tandis que la partie convertisseur de puissance nécessite un système de refroidissement pour maintenir sa température autour de 70 ° C. Afin de faire fonctionner correctement les deux parties, deux ensembles de systèmes de refroidissement doivent être utilisés pour répondre à des besoins différents, ce qui augmente sans aucun doute considérablement le volume du système de refroidissement du véhicule électrique. Étant donné que la température de jonction de fonctionnement des dispositifs de puissance SiC a atteint 361 ° C, l'utilisation de dispositifs de puissance SiC dans ce cas peut combiner le système de refroidissement du moteur et le système de convertisseur de puissance en un seul, ce qui réduit considérablement la taille du convertisseur de puissance.

De nombreuses entreprises rejoignent la piste des dispositifs d'alimentation SiC

Sur la base des excellentes performances des dispositifs d'alimentation SiC dans les entraînements de moteur, les modules de charge et les systèmes de conversion de puissance, de nombreuses entreprises ont privilégié les dispositifs d'alimentation SiC.

À ce stade, de nombreux fabricants de semi-conducteurs ont rejoint la voie de la recherche et du développement de dispositifs de puissance SiC. Le professeur Zhang Yuming de l'Université Xidian a déclaré aux journalistes que de plus en plus de fabricants augmentaient leurs investissements dans les dispositifs SiC. Des fabricants étrangers bien connus tels que ROHM, Cree, ST et Infineon ont participé à la mise en page, et de nombreux fabricants nationaux ont successivement lancé des produits de dispositifs d'alimentation SiC, tels que Tyco Tianrun, Basic Semiconductor et Yang Jie Technology.

Certains constructeurs automobiles de nouvelles énergies tentent également de déployer des dispositifs d'alimentation SiC pour aider au développement de l'industrie automobile à nouvelle énergie. Zhang Yuming a déclaré que Tesla avait joué un rôle très important en se présentant comme la première entreprise de véhicules à énergie nouvelle à adopter des dispositifs d'alimentation Si-C dans le monde. Dans le même temps, Zhang Yuming a souligné que les constructeurs automobiles nationaux traditionnels actuels utilisent également activement des dispositifs d'alimentation SiC dans l'industrie des véhicules à énergie nouvelle, tels que BYD, Chery, BAIC et CRRC. Cependant, comme les constructeurs nationaux d'automobiles à énergies nouvelles sont encore un peu prudents à l'égard des dispositifs d'alimentation au SiC, ils n'ont pas suffisamment investi dans ce domaine et le rythme des progrès doit être accéléré.

De nombreuses propriétés des dispositifs SiC sont meilleures que celles des produits Si, mais leur coût est plus élevé que celui des produits Si, ce qui rend le taux de pénétration actuel du marché des dispositifs SiC extrêmement faible. Cette situation apparemment moins optimiste est tout à fait normale selon Zhang Yuming. Il pense que l'application à grande échelle des dispositifs d'alimentation SiC peut réduire leurs coûts, mais à ce stade, en tant que produit émergent, le développement à grande échelle de ce dispositif d'alimentation prend encore du temps. «À l'heure actuelle, le coût des dispositifs SiC est relativement élevé. C'est une chose très normale, tout comme la situation dans le développement précoce des dispositifs Si. Je pense que le côté application devrait augmenter l'utilisation des dispositifs d'alimentation SiC. L'effet d'échelle est une clé pour réduire les coûts. Facteurs. Chacun doit offrir davantage d'opportunités aux dispositifs d'alimentation SiC. " Il a dit.

Outre les effets d'échelle, comment réduire le coût des dispositifs d'alimentation SiC d'un point de vue technique? Zhang Changming, directeur du marketing régional de la division électronique automobile d'Infineon dans la Grande Chine, a souligné que l'amélioration du processus de production de plaquettes de SiC est le moyen fondamental de réduire le coût des dispositifs d'alimentation SiC. Il a déclaré que même si la combinaison des avantages de coût du Si et des avantages de performance du SiC pour développer des dispositifs d'alimentation hybrides élargira la gamme d'applications des dispositifs d'alimentation SiC et étendra leur échelle d'utilisation, réduisant ainsi leurs coûts, il est nécessaire de réduire fondamentalement les dispositifs d'alimentation. Pour augmenter le coût de la technologie des plaquettes de SiC, il est nécessaire d'augmenter les investissements dans la recherche sur la technologie des plaquettes de SiC, comme faire développer des plaquettes de SiC dans la direction de 8 pouces, ou rendre la croissance des plaquettes de SiC plus stable. Mais ce n’est pas une tâche facile. "Le cycle de croissance des tranches de SiC est 3 à 5 fois plus long que celui des tranches de Si. La dureté des tranches de SiC est plus élevée, il est donc plus difficile à traiter que les tranches de Si." Dit Zhang Changming.

Zhang Yuming a également déclaré aux journalistes qu'à ce stade, en plus de l'amélioration de la taille et de la qualité des plaquettes de SiC, la technologie de contrôle de l'interface de porte et le rendement du processus de fabrication doivent également être améliorés.

Une nouvelle infrastructure accélère l'application à grande échelle des dispositifs d'alimentation SiC

L'application des dispositifs d'alimentation SiC dans les véhicules à énergie nouvelle en est encore à ses débuts, il reste donc encore beaucoup de place pour l'expansion de son marché. Zhang Changming a déclaré aux journalistes que d'ici 2025, l'application de dispositifs d'alimentation SiC dans les véhicules à énergie nouvelle représentera environ 20% du marché. «Pour que les véhicules à énergie nouvelle obtiennent une autonomie plus longue, la capacité de leur batterie deviendra de plus en plus grande. Ils ont donc besoin d'un OBC (triphasé haute puissance OBC) plus puissant pour accélérer la vitesse de charge et raccourcir le temps de charge. Trois OBC haute puissance en phase a besoin de dispositifs d'alimentation qui peuvent prendre en charge une commutation plus rapide, et les MOSFET SiC sont le dispositif préféré pour répondre à cette demande. Avec l'application à grande échelle des dispositifs SiC, leurs coûts vont baisser, donc leur part du marché des moteurs d'entraînement sera également élargi », dit-il.

En tant que l'un des contenus importants des nouvelles infrastructures, le développement de l'industrie automobile à énergie nouvelle de mon pays peut également offrir de nouvelles opportunités de développement pour alimenter les dispositifs à semi-conducteurs. Yang Qinyao a déclaré que les dispositifs à semi-conducteurs de puissance sont largement utilisés dans divers domaines des nouvelles infrastructures, en particulier dans les UHV, les piles de chargement de véhicules à énergie nouvelle, le transport ferroviaire et l'Internet industriel, qui ont joué un rôle de soutien essentiel.

En tant que l'un des représentants des nouveaux dispositifs à semi-conducteurs de puissance, avec l'aide d'une nouvelle infrastructure, les dispositifs de puissance SiC peuvent être promus à grande échelle, et leurs perspectives de marché sont larges et l'avenir peut être attendu. Outre le rôle de dynamisme des nouvelles infrastructures, la première utilisation de dispositifs de puissance SiC par des constructeurs automobiles étrangers aux énergies nouvelles peut également constituer une "voie de référence" pour le développement de cette industrie dans mon pays.

Le modèle 3 de Tesla est la première usine automobile à utiliser des MOSFET SiC comme onduleurs. Après avoir utilisé des dispositifs d'alimentation SiC, son endurance a été considérablement améliorée, ce qui est une nouvelle étape importante dans l'application des semi-conducteurs à large bande interdite aux automobiles.

Zhang Yuming a analysé l'impact de la première utilisation par Tesla de dispositifs d'alimentation SiC pour les entreprises nationales. Zhang Yuming pense que la production de Tesla en Chine intensifiera la concurrence sur le marché des véhicules à énergie nouvelle de mon pays, mais ce n'est pas nécessairement une mauvaise chose. "Le lancement de Tesla aura un impact sur les véhicules domestiques à énergie nouvelle. Par conséquent, la concurrence sur le marché s'intensifiera et il aura un effet concurrentiel. Mais d'un autre point de vue, c'est une bonne chose. Cela peut accélérer le rattrapage et l'investissement de industries connexes dans notre pays et nous faire accélérer les investissements technologiques et l'expansion du marché. " Il a dit.

Zhang Yuming a également déclaré que l'application par Tesla des dispositifs SiC aura un grand effet de démonstration sur les entreprises indépendantes de véhicules à énergie nouvelle de mon pays, et encouragera donc les entreprises indépendantes de véhicules à énergie nouvelle pour accélérer encore l'application des dispositifs d'alimentation SiC.