Source: This article comes from John Palmour, chief technical officer of Wolfspeed, Cree.

Wiele systemów energetycznych przechodzi z technologii krzemowej (Si) na węglik krzemu (SiC). Będzie to największa zmiana, jakiej doświadczyła branża półprzewodników mocy od czasu przejścia z półprzewodników bipolarnych na tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT) w latach 1980. XX wieku. Zmiana ta następuje w czasie, gdy wiele branż, których ona dotyczy, przechodzi przez niezwykły okres gwałtownych zmian. Od przemysłu motoryzacyjnego po energetykę słoneczną, zalety węglika krzemu (SiC) stały się nie do zignorowania. Pomimo znaczących zmian, wszyscy główni gracze na rynku pracują nad dalszą integracją węglika krzemu (SiC) ze swoimi technologiami.

Branża motoryzacyjna jest doskonałym przykładem nowoczesnej branży przechodzącej bezprecedensowe zmiany. W ciągu najbliższej dekady branża motoryzacyjna przejdzie od silników spalinowych do elektryfikacji. Konwersja krzemu (Si) do węglika krzemu (SiC) odgrywa znaczącą rolę w zwiększaniu wydajności pojazdów elektrycznych, aby sprostać wymaganiom konsumentów, a jednocześnie zapewnić zgodność z przepisami rządowymi dotyczącymi skutków zmian klimatu. Rozwiązania oparte na węgliku krzemu (SiC) pomagają przenieść pojazdy elektryczne „na wyższy poziom”, usprawniając takie zastosowania, jak infrastruktura szybkiego ładowania, falowniki i zasilacze, a także umożliwiając rozwój w takich dziedzinach jak telekomunikacja, wojsko i lotnictwo.

Rysunek 1. Pracownicy Cree w laboratorium

Możliwości pojazdów elektrycznych

Producenci samochodów, tacy jak Tesla, Ford i Volkswagen, ogłosili plany zainwestowania ponad 300 miliardów dolarów w pojazdy elektryczne w ciągu najbliższej dekady, w związku z rosnącym popytem konsumenckim i zaostrzeniem przepisów rządowych. Analitycy przewidują, że do 2030 roku pojazdy elektryczne zasilane bateriami (BEV) będą stanowić 15% floty pojazdów. W rezultacie rynek komponentów z węglika krzemu (SiC) do pojazdów elektrycznych będzie rósł wykładniczo w nadchodzących latach.

Przy tak dużym nacisku na elektryfikację, producenci nie mogą już dłużej ignorować zalet węglika krzemu (SiC). Węglik krzemu (SiC) zwiększa zasięg baterii, poprawia jej wydajność i skraca czas ładowania w porównaniu z technologią krzemową (Si) stosowaną w konwencjonalnych pojazdach elektrycznych. W rezultacie wielu dostawców ogłosiło inicjatywy dotyczące pojazdów elektrycznych z firmą Cree. Na przykład Delphi Technologies opracowuje wydajniejsze, mniejsze i lżejsze systemy inwerterów wykorzystujące półprzewodniki z węglika krzemu (SiC), a Grupa ZF opracowuje całkowicie elektryczne układy napędowe. Grupa ABB opracowuje i dostarcza różne systemy zasilania oparte na węgliku krzemu (SiC).

Poprawę wydajności

Węglik krzemu (SiC) charakteryzuje się znacznie niższymi stratami przełączania niż tranzystory IGBT na bazie krzemu (Si). Ponadto, tranzystory z węglika krzemu nie mają wbudowanego napięcia, a ich straty przewodzenia są znacznie niższe. W rezultacie węglik krzemu (SiC) charakteryzuje się wyższą gęstością mocy, jest lżejszy i pracuje z wyższymi częstotliwościami. W niedawnym teście motoryzacyjnym technologia węglika krzemu (SiC) firmy Cree zmniejszyła straty inwertera o około 78% w porównaniu z krzemem (Si).

W branży motoryzacyjnej te udoskonalenia wydajności można wykorzystać w układach napędowych, przetwornikach mocy oraz ładowarkach pokładowych i zewnętrznych. Węglik krzemu (SiC) może zwiększyć ogólną sprawność pojazdów elektrycznych o 5% do 10% w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami opartymi na krzemie (Si). Producenci mogą wykorzystać to do zwiększenia zasięgu lub zmniejszenia zapotrzebowania na duże i drogie akumulatory. Ponadto węglik krzemu (SiC) zmniejsza zapotrzebowanie na chłodzenie, oszczędza miejsce i jest lżejszy niż rozwiązania oparte na krzemie (Si). Węglik krzemu (SiC) zasila również szybkie ładowarki, które obecnie zwiększają zasięg o 75 km w zaledwie 5 minut.

Ciągły spadek kosztów rozwiązań z węglika krzemu (SiC) doprowadził do dalszego wzrostu ich popularności. Biorąc za przykład samochody, szacujemy, że komponenty z węglika krzemu (SiC) stosowane w pojazdach elektrycznych są warte około 250–500 dolarów (w zależności od zapotrzebowania na energię). Całkowite oszczędności dla producentów samochodów w zakresie kosztów akumulatorów, rozmiaru i masy akumulatorów i falowników oraz zapotrzebowania na chłodzenie mogą sięgać nawet 2,000 dolarów na pojazd elektryczny. Chociaż istnieje wiele innych czynników wpływających na przejście z krzemu (Si) na węglik krzemu (SiC), to właśnie ten punkt jest kluczowy.

Poza branżą motoryzacyjną

Popyt ze strony przemysłu motoryzacyjnego odpowiada za około połowę 9-miliardowego potencjału Cree w zakresie węglika krzemu (SiC), a inne główne czynniki napędzające popyt to sektory: solarny, lotniczy i obronny oraz infrastruktura komunikacyjna. Według najnowszych szacunków Canaccord Genuity, do 2030 roku popyt na węglik krzemu (SiC) przekroczy 20 miliardów dolarów.

2. MOSFET Cree 650 V

Urządzenia zasilające z węglika krzemu (SiC) pomagają również firmom przemysłowym i energetycznym maksymalizować wykorzystanie mocy i przestrzeni. Węglik krzemu (SiC) zapewnia przemysłowym zasilaczom wysokiej częstotliwości i zasilaczom awaryjnym wyższą sprawność, większą gęstość mocy i niższą wagę, a korzyści płynące z węglika krzemu (SiC) znacznie przewyższają jego koszt. W tych obszarach wyższa sprawność oznacza wyższe zyski.

W dziedzinie elektroniki mocy węglik krzemu (SiC) jest znacznie wydajniejszy niż krzem (Si) i charakteryzuje się trzykrotnie większą gęstością mocy, dzięki czemu systemy wysokiego napięcia są lżejsze, mniejsze, bardziej wydajne i bardziej ekonomiczne. Ta wyższa wydajność osiągnęła punkt krytyczny i producenci nie mogą już dłużej przymykać oczu na ten problem, jeśli chcą utrzymać konkurencyjność na obecnym rynku.

Przyszłość półprzewodników

Koszty stanowiły dotychczas główną barierę w stosowaniu węglika krzemu (SiC). Jednak wraz ze wzrostem produkcji i doświadczenia, jego koszty stale spadają. W rezultacie produkcja stała się bardziej wydajna i udoskonalona. Co więcej, klienci zaczynają zdawać sobie sprawę, że prawdziwa wartość węglika krzemu (SiC) leży na poziomie systemowym, a nie w porównaniach na poziomie urządzeń. Aby sprostać potrzebom różnych branż, produkcja węglika krzemu (SiC) będzie się dalej rozwijać, a jego cena będzie nadal spadać. Biorąc za przykład firmę Cree, Cree poczyniło duże inwestycje, aby sprostać tym potrzebom, w tym budowę fabryki w stanie Nowy Jork, która wykorzystuje najnowocześniejszą technologię i spełnia standardy motoryzacyjne, co zwiększy moce produkcyjne ponad 30-krotnie w porównaniu z rokiem 2017.

Przejście z krzemu (Si) na węglik krzemu (SiC) nie jest już kwestią tego, czy i kiedy nastąpi – już to zrobiliśmy. To ekscytujące, że możemy w pełni uczestniczyć w ogromnych zmianach w wielu branżach. Przyszłość tych branż z pewnością nie jest statyczna i z pewnością nadal będziemy świadkami bezprecedensowych zmian. A ci producenci, którzy potrafią szybko dostosować się do tych zmian, odniosą z nich korzyści.

Uwaga: Niniejszy artykuł został przedrukowany z Internetu i służy ochronie praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen