ข้อดีของ SiC ในอุตสาหกรรม EV

ในฐานะที่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้าง (WBG)ซิค'ความแตกต่างของพลังงานที่กว้างขึ้นทำให้คุณสมบัติทางความร้อนและอิเล็กทรอนิกส์สูงขึ้นเมื่อเทียบกับ Si แบบดั้งเดิม คุณลักษณะนี้ช่วยให้อุปกรณ์ไฟฟ้าทำงานที่อุณหภูมิ ความถี่ และแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

ซิซีประสิทธิภาพการใช้พลังงานในการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าและผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าอื่นๆ สาเหตุหลักมาจากตัววัสดุเอง เมื่อเปรียบเทียบกับ Si แล้ว SiC มีลักษณะดังต่อไปนี้:

1. 10 เท่าของความแรงของสนามไฟฟ้าสลายอิเล็กทริก

2. 2 เท่าของความเร็วความอิ่มตัวของอิเล็กตรอน

3. 3 เท่าของช่องว่างแถบพลังงาน

4. ค่าการนำความร้อนสูงกว่า 3 เท่า

กล่าวโดยสรุป เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ข้อดีของซิซีชัดเจนยิ่งขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับ Si แล้ว สวิตช์ SiC 1200V มีข้อได้เปรียบมากกว่าสวิตช์ 600V ลักษณะนี้ได้นำไปสู่การประยุกต์ใช้อุปกรณ์สวิตช์ไฟ SiC อย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของยานพาหนะไฟฟ้า อุปกรณ์ชาร์จ และโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้ SiC เป็นตัวเลือกแรกสำหรับผู้ผลิตรถยนต์และซัพพลายเออร์ระดับแรก

แต่ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำ 300V และต่ำกว่าซิซีข้อดีของมันค่อนข้างน้อย ในกรณีนี้ เซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้างอีกตัวหนึ่งคือ Gallium Nitride (GaN) อาจมีศักยภาพในการใช้งานที่มากกว่า

ช่วงและประสิทธิภาพ

ความแตกต่างที่สำคัญของซิซีเมื่อเปรียบเทียบกับ Si ก็คือประสิทธิภาพระดับระบบที่สูงกว่า ซึ่งเป็นผลมาจากความหนาแน่นของพลังงานที่มากขึ้นของ SiC การสูญเสียพลังงานที่ลดลง ความถี่ในการทำงานที่สูงขึ้น และอุณหภูมิในการทำงานที่สูงขึ้น ซึ่งหมายถึงระยะการขับขี่ที่สูงขึ้นด้วยการชาร์จครั้งเดียว ขนาดแบตเตอรี่ที่เล็กลง และเวลาในการชาร์จที่ชาร์จในตัว (OBC) ที่เร็วขึ้น

ในโลกของยานพาหนะไฟฟ้า หนึ่งในโอกาสที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอยู่ที่อินเวอร์เตอร์ฉุดลากสำหรับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งเป็นทางเลือกแทนเครื่องยนต์เบนซิน เมื่อกระแสตรง (DC) ไหลเข้าสู่อินเวอร์เตอร์ กระแสสลับ (AC) ที่แปลงแล้วจะช่วยให้มอเตอร์ทำงาน ส่งกำลังให้กับล้อและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ แทนที่เทคโนโลยีสวิตช์ Si ที่มีอยู่ด้วยขั้นสูงชิป ซิซีลดการสูญเสียพลังงานในอินเวอร์เตอร์และช่วยให้ยานพาหนะมีระยะการทำงานเพิ่มเติม

ดังนั้น SiC MOSFET จึงกลายเป็นปัจจัยเชิงพาณิชย์ที่น่าสนใจเมื่อคุณลักษณะต่างๆ เช่น ฟอร์มแฟคเตอร์ ขนาดของอินเวอร์เตอร์หรือโมดูล DC-DC ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือกลายเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ ปัจจุบันวิศวกรออกแบบมีโซลูชันพลังงานที่เล็กกว่า เบากว่า และประหยัดพลังงานมากขึ้นสำหรับการใช้งานขั้นสุดท้ายที่หลากหลาย ยกตัวอย่างเทสลา ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้ารุ่นก่อนๆ ของบริษัทใช้ Si IGBT การเพิ่มขึ้นของตลาดรถซีดานมาตรฐานทำให้พวกเขาหันมาใช้ SiC MOSFET ในรุ่น 3 ซึ่งถือเป็นอุตสาหกรรมแรกๆ

อำนาจเป็นปัจจัยสำคัญ

ซิซีคุณสมบัติของวัสดุทำให้เป็นตัวเลือกแรกสำหรับการใช้งานกำลังสูงที่มีอุณหภูมิสูง กระแสสูง และมีค่าการนำความร้อนสูง เนื่องจากอุปกรณ์ SiC สามารถทำงานที่ความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า จึงสามารถเปิดใช้ฟอร์มแฟคเตอร์ที่เล็กลงสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์และระบบไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้า จากข้อมูลของ Goldman Sachs ประสิทธิภาพพิเศษของ SiC สามารถลดต้นทุนการผลิตและการเป็นเจ้าของยานพาหนะไฟฟ้าได้เกือบ 2,000 ดอลลาร์ต่อคัน

ด้วยความจุของแบตเตอรี่ถึงเกือบ 100kWh ในยานพาหนะไฟฟ้าบางรุ่น และวางแผนที่จะเพิ่มอย่างต่อเนื่องเพื่อให้บรรลุช่วงที่สูงขึ้น คาดว่าคนรุ่นต่อไปในอนาคตจะต้องพึ่งพา SiC อย่างมากเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความสามารถในการจัดการพลังงานที่สูงขึ้น ในทางกลับกัน สำหรับรถยนต์พลังงานต่ำ เช่น รถยนต์ไฟฟ้าระดับเริ่มต้นสองประตู, PHEV หรือรถยนต์ไฟฟ้างานเบาที่ใช้แบตเตอรี่ขนาด 20kWh หรือเล็กกว่า Si IGBT ถือเป็นโซลูชันที่ประหยัดกว่า

เพื่อลดการสูญเสียพลังงานและการปล่อยก๊าซคาร์บอนในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีไฟฟ้าแรงสูง อุตสาหกรรมจึงนิยมใช้ SiC มากกว่าวัสดุอื่นๆ มากขึ้น ในความเป็นจริง ผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้าจำนวนมากได้เปลี่ยนโซลูชัน Si เดิมด้วยสวิตช์ SiC ใหม่ ซึ่งช่วยตรวจสอบข้อดีที่ชัดเจนของเทคโนโลยี SiC ในระดับระบบเพิ่มเติม