Στο πλαίσιο της ανάπτυξης της νέας βιομηχανίας ενέργειας σε υψηλή τάση και υψηλή συχνότητα,Η τεχνολογία ολοκλήρωσης μονάδων ισχύος από καρβίδιο του πυριτίου (SiC) γίνεται η βασική κατεύθυνση καινοτομίας των ηλεκτρονικών συστημάτων ισχύοςΗ τεχνολογία αυτή, μέσω συνεργατικών εξελίξεων στις ιδιότητες των υλικών και στις διαδικασίες συσκευασίας, αναδιαμορφώνει τα όρια της απόδοσης των εξοπλισμού μετατροπής ενέργειας.Η παρούσα εργασία θα αναλύσει την καινοτόμο αξία της ολοκλήρωσης των μονάδων ισχύος καρβιδίου του πυριτίου από τρεις διαστάσεις των τεχνικών πλεονεκτημάτων, πρακτική εφαρμογής και βιομηχανική τάση.

1Η αποτελεσματικότητα του συστήματος και η πυκνότητα ισχύος βελτιώνονται σημαντικά
Βελτιωμένη ικανότητα λειτουργίας υψηλής συχνότητας
Ο ολοκληρωμένος σχεδιασμός υποστηρίζει διακόπτες υψηλής συχνότητας άνω των 100kHz μειώνοντας την παρασιτική επαγωγικότητα (η οποία μπορεί να βελτιστοποιηθεί κάτω από 5nH).η απώλεια μετάδοσης της μονάδας ισχύος καρβιδίου του πυριτίου μειώνεται κατά περισσότερο από 70%, έτσι ώστε η απόδοση μετατροπής του φωτοβολταϊκού μετατροπέα να υπερβαίνει το 99%.

Βελτιστοποίηση όγκου και βάρους
Η ενσωματωμένη μονάδα χρησιμοποιεί διμερή απώλεια θερμότητας (όπως το πακέτο IPM) και τρισδιάστατη τεχνολογία στοίβασης,που αυξάνει την πυκνότητα ισχύος σε 50W/cm3 και μειώνει τον όγκο κατά 40% σε σύγκριση με τις παραδοσιακές λύσειςΓια παράδειγμα, το μέγεθος του πακέτου TOLL μειώνεται κατά 30%, το οποίο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για μικρομετατροπείς και ενσωματωμένα συστήματα φόρτισης9.

2Αξιόπιστη και παράταση ζωής
Έκβαση στη διαχείριση της θερμότητας
Η ενσωματωμένη μονάδα εισάγει AMB (ενεργή συγκόλληση μετάλλων) και διαδικασίες συγκόλλησης αργύρου, μειώνοντας τη θερμική αντίσταση κατά 30% και επεκτείνοντας το εύρος ανοχής θερμοκρασίας λειτουργίας σε -55 °C ~ 175 °C.Για παράδειγμα:, η στήριξη πλοίου από καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να αντέξει θερμοκρασία 1600 ° C στην παραγωγή φωτοβολταϊκών κυψελών και η διάρκεια ζωής επεκτείνεται σε περισσότερο από 1 έτος98.

Βελτιωμένη ικανότητα κατά των παρεμβολών
Ενσωματωμένο κύκλωμα κίνησης και ηλεκτρομαγνητική στρώση προστασίας, αναστέλλει αποτελεσματικά τη μετάλλαξη τάσης 100kV/μs dv/dt, ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (EMI) μειώνεται κατά 20dB,ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις του προτύπου ISO 7637 για την ηλεκτρονική συσκευή αυτοκινήτων 46.

3Συντονισμός της βιομηχανικής αλυσίδας και βελτιστοποίηση του κόστους
Επιπτώσεις μείωσης του κόστους κλίμακας
Το ενσωματωμένο μοντέλο βελτιώνει την αξιοποίηση υλικού κατά 25% μέσω του συν-σχεδιασμού συσκευασίας τσιπ. Το κόστος των μονάδων καρβιδίου του πυριτίου το 2024 είναι 40% χαμηλότερο από αυτό των διακριτών συστημάτων,και η τιμή των πλήρως ολοκληρωμένων ενοτήτων αναμένεται να είναι κοντά στο 10,8 φορές από τα IGBT με βάση το πυρίτιο το 2026.

Απλούστευση της εγκατάστασης και συντήρησης
Ο ολοκληρωμένος σχεδιασμός μειώνει τα σημεία συγκόλλησης κατά 50% και το μήκος του ιμάντα καλωδίωσης κατά 30%, ενώ ο χρόνος συναρμολόγησης του εξοπλισμού μειώνεται κατά 60%.το ποσοστό βλάβης του μετατροπέα κύριας κίνησης των οχημάτων νέας ενέργειας μειώθηκε από 00,3% έως 0,05%58.

4Επέκταση σενάριου εφαρμογής
Προσαρμοστικότητα πλατφόρμας υψηλής τάσης
Η ενσωματωμένη μονάδα τάσης 1700V έχει συνδυαστεί με το φωτοβολταϊκό σύστημα 1500V, υποστηρίζοντας ισχύ υπερφόρτισης 480kW και μειώνοντας την απώλεια γραμμής κατά 12%.

Προσαρμοστικότητα σε σκληρό περιβάλλον
Μετά από 10 χρόνια επιταχυνόμενης δοκιμής γήρανσης (υψηλής θερμοκρασίας/υψηλής υγρασίας/σπρέι αλατιού), το ποσοστό αποτυχίας είναι μικρότερο από 0,1%/1.000 ώρες,κατάλληλο για φωτοβολταϊκά εργοστάσια στην έρημο και σε θαλάσσια αιολικά σενάρια98.

Τεχνολογική εξέλιξη
Ετερογενής ολοκλήρωση: Η υβριδική μονάδα "σιλικόνης + καρβιδίου του πυριτίου" που προτείνει η Tesla αυξάνει το κόστος μόνο κατά 50-60%, αλλά η απόδοση βελτιώνεται σημαντικά,και έχει εφαρμοστεί στο πιλοτικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας9
Ευφυής ολοκλήρωση: Ενσωματωμένοι αισθητήρες θερμοκρασίας / ρεύματος και αυτοδιάγνωση επιτρέπουν την προβλεπτική συντήρηση και μειώνουν τον χρόνο στάσης λειτουργίας του εξοπλισμού κατά 80%
Η ενσωμάτωση των μονάδων ισχύος προωθεί την επανάληψη των νέων εξοπλισμών ενέργειας προς την κατεύθυνση "υψηλής συχνότητας, υψηλής πυκνότητας και υψηλής αξιοπιστίας",και το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς αναμένεται να υπερβεί το 80,9 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2028.