ما هو اتجاه استخدام الصمام الثنائي في محطات شحن مركبات الطاقة الجديدة؟

1، التكرار التكنولوجي: الترقية من السيليكون التقليدي-المعتمد على أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة
لقد هيمنت الثنائيات التقليدية القائمة على السيليكون- لفترة طويلة على سوق أجهزة الشحن نظرًا لانخفاض تكلفتها وتقنيتها الناضجة. ومع ذلك، مع تطور مركبات الطاقة الجديدة نحو الجهد العالي والطاقة العالية، أصبح عنق الزجاجة في أداء الثنائيات القائمة على السيليكون- بارزًا بشكل متزايد. على سبيل المثال، في سيناريو الشحن السريع بجهد عالي- بقدرة 800 فولت، يؤدي فقدان الاسترداد العكسي العالي وانخفاض تردد التبديل للثنائيات القائمة على السيليكون- إلى انخفاض كفاءة النظام، في حين أن مشكلات الاستقرار في البيئات ذات درجات الحرارة العالية-تحد أيضًا من تطبيقها.

أدى ظهور مواد أشباه الموصلات واسعة النطاق مثل كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) إلى توفير اتجاه جديد لترقية تكنولوجيا الصمام الثنائي. إذا أخذنا ثنائيات SiC Schottky كمثال، فإنها تتمتع بالمزايا التالية:

مقاومة منخفضة: تبلغ قوة مجال الانهيار الحرج لمادة SiC 10 أضعاف قوة السيليكون، والتي يمكن أن تحقق طبقة انجراف أرق، وبالتالي تقليل المقاومة وفقدان الطاقة.
خصائص التبديل عالية التردد: يقترب وقت الاسترداد العكسي (t_rr) لثنائيات SiC من الصفر، مما يزيد بشكل كبير من تردد التبديل ويتكيف مع متطلبات وحدات الشحن عالية التردد-.
مقاومة درجات الحرارة العالية: يمكن لأجهزة SiC العمل بثبات في بيئات أعلى من 200 درجة، مما يقلل من تعقيد تصميم تبديد الحرارة ويحسن موثوقية النظام.
وفقًا لتوقعات مؤسسات أبحاث السوق، سيتجاوز حجم سوق الصمام الثنائي SiC العالمي 3 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2026، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 15٪، وسيشكل حقل كومة الشحن أكثر من 30٪. حققت الشركات المحلية مثل Silanwei وYangjie Technology إنتاجًا ضخمًا لثنائيات SiC Schottky وقدمت تدريجيًا سيناريوهات ذات قيمة مضافة عالية- مثل أكوام الشحن وشواحن OBC (على- أجهزة الشحن).

2، ابتكار المواد: التحسين التعاوني لتكنولوجيا التعبئة والتغليف وتصميم تبديد الحرارة
لا يعتمد تحسين أداء الصمام الثنائي على ابتكار المواد فحسب، بل يتطلب أيضًا تحسينًا تعاونيًا لتكنولوجيا التغليف وتصميم تبديد الحرارة. في تطبيق محطات الشحن، تحتاج الثنائيات إلى تحمل الظروف القاسية مثل التيار العالي، والجهد العالي، وتبديل التردد العالي-، ولم تعد أشكال التغليف التقليدية (مثل DO-41، وTO-220) قادرة على تلبية المتطلبات. حاليًا، تتسارع الصناعة في تطورها نحو الاتجاهات التالية:

التغليف المضغوط: أصبحت DFN (-مسطحة مزدوجة الجوانب بدون دبابيس)، وSODFL (الصمام الثنائي التصحيحي الصغير) وأشكال التغليف الأخرى هي الاختيار المفضل لتخطيطات PCB عالية الكثافة- نظرًا لصغر حجمها وانخفاض المعلمات الطفيلية. على سبيل المثال، يمكن للثنائيات المعبأة في DFN تقليل حجم الجهاز إلى 1/5 من المنتجات التقليدية مع تحسين كفاءة تبديد الحرارة.
التغليف عالي تبديد الحرارة: بالنسبة لوحدات الشحن ذات الطاقة العالية-، تعمل الشركات على تحسين التوصيل الحراري للثنائيات باستخدام مواد مثل الركائز النحاسية والتغليف الخزفي. على سبيل المثال، يمكن للصمام الثنائي SiC المغلف بالسيراميك والذي تم تطويره بواسطة مؤسسة معينة تقليل ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 40 درجة وتحسين كفاءة النظام بنسبة 2% مقارنة بالأجهزة التقليدية القائمة على السيليكون- في سيناريو شحن فائق السرعة بقدرة 350 كيلووات.
التصميم المتكامل: دمج وحدات الصمام الثنائي المتعددة في وحدة واحدة، أو تجميعها معًا مع MOSFET ودائرة القيادة لتشكيل مجمع أجهزة الطاقة (مثل وحدة IPM)، والتي يمكنها تبسيط تصميم الدوائر، وتقليل الحث الطفيلي، وتحسين موثوقية النظام.
3، توسيع سيناريو التطبيق: من وحدة الشحن إلى حماية السلسلة الكاملة
مع ترقية تكنولوجيا محطة الشحن، تمتد سيناريوهات تطبيق الثنائيات من وحدات الشحن التقليدية إلى السلسلة بأكملها، وتغطي جوانب متعددة مثل إدارة الطاقة، والتوافق الكهرومغناطيسي (EMC)، وحماية السلامة.

إدارة الطاقة: في دوائر تصحيح معامل القدرة (PFC)، يمكن لثنائيات الاسترداد السريع المدمجة مع وحدات SiC MOSFET تحقيق كفاءة عالية- وتحويل طاقة توافقي منخفض، مما يلبي متطلبات معيار IEC 61000-3-2.
التوافق الكهرومغناطيسي: يمكن لثنائيات TVS (قمع الجهد العابر)، مع سرعة الاستجابة الخاصة بها بالنانو ثانية، أن تقمع بشكل فعال الفولتية المفاجئة المتولدة عند توصيل محطات الشحن بالمركبات، مما يحمي الدائرة النهائية من التلف. على سبيل المثال، يتمتع الصمام الثنائي TVS بقدرة 5 كيلو وات الذي طورته مؤسسة معينة بدقة جهد تثبيت تبلغ ± 5% وقدرة امتصاص متزايدة تبلغ 10 كيلو أمبير.
حماية السلامة: في واجهة مسدس الشحن، يمكن أن تشكل مجموعة الصمام الثنائي دوائر حماية مضادة للعكس والجهد الزائد/التيار الزائد لمنع تلف المعدات الناتج عن سوء التشغيل. على سبيل المثال، يستخدم نظام الشحن الخاص بطراز سيارة معين صمامات TVS ثنائية الاتجاه لتثبيت الجهد العكسي ضمن نطاق آمن، مما يتجنب خطر الشحن الزائد للبطارية.