Ποια είναι η τάση χρήσης διόδων σε σταθμούς φόρτισης οχημάτων νέας ενέργειας;

1, Τεχνολογική επανάληψη: Αναβάθμιση από παραδοσιακό πυρίτιο-σε ημιαγωγούς ευρείας ζώνης
Οι παραδοσιακές δίοδοι με βάση το πυρίτιο- κυριαρχούν εδώ και καιρό στην αγορά πασσάλων φόρτισης λόγω του χαμηλού κόστους και της ώριμης τεχνολογίας τους. Ωστόσο, με την ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων προς την υψηλή τάση και την υψηλή ισχύ, το σημείο συμφόρησης απόδοσης των διόδων-με βάση το πυρίτιο γίνεται όλο και πιο εμφανές. Για παράδειγμα, στο σενάριο γρήγορης φόρτισης υψηλής τάσης 800V, η υψηλή απώλεια ανάστροφης ανάκτησης και η χαμηλή συχνότητα μεταγωγής διόδων-με βάση το πυρίτιο οδηγούν σε μείωση της απόδοσης του συστήματος, ενώ τα ζητήματα σταθερότητας σε περιβάλλοντα υψηλής{{7} θερμοκρασίας περιορίζουν επίσης την εφαρμογή τους.

Η άνοδος των υλικών ημιαγωγών ευρείας ζώνης όπως το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) έχει προσφέρει μια νέα κατεύθυνση για την αναβάθμιση της τεχνολογίας διόδων. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τις διόδους SiC Schottky, έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Χαμηλή αντίσταση: Η κρίσιμη ισχύς πεδίου διάσπασης του υλικού SiC είναι 10 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του πυριτίου, γεγονός που μπορεί να επιτύχει ένα λεπτότερο στρώμα μετατόπισης, μειώνοντας έτσι την αντίσταση και την απώλεια ενέργειας.
Χαρακτηριστικά μεταγωγής υψηλής συχνότητας: Ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης (t_rr) των διόδων SiC είναι κοντά στο μηδέν, αυξάνοντας σημαντικά τη συχνότητα μεταγωγής και προσαρμόζοντας τις απαιτήσεις των μονάδων φόρτισης υψηλής συχνότητας{{1}.
Αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία: Οι συσκευές SiC μπορούν να λειτουργούν σταθερά σε περιβάλλοντα άνω των 200 μοιρών, μειώνοντας την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού απαγωγής θερμότητας και βελτιώνοντας την αξιοπιστία του συστήματος.
Σύμφωνα με τις προβλέψεις των ιδρυμάτων έρευνας αγοράς, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς διόδων SiC θα ξεπεράσει τα 3 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ έως το 2026, με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 15%, από το οποίο το πεδίο στοίβας φόρτισης θα αντιπροσωπεύει περισσότερο από 30%. Εγχώριες επιχειρήσεις όπως η Silanwei και η Yangjie Technology έχουν επιτύχει μαζική παραγωγή διόδων SiC Schottky και σταδιακά εισήγαγαν σενάρια υψηλής προστιθέμενης αξίας-, όπως πασσάλους φόρτισης και OBC (σε-φορτιστές ταμπλό).

2, Υλική Καινοτομία: Συνεργατική Βελτιστοποίηση της Τεχνολογίας Συσκευασίας και Σχεδιασμός Διάχυσης Θερμότητας
Η βελτίωση της απόδοσης της διόδου δεν βασίζεται μόνο στην καινοτομία των υλικών, αλλά απαιτεί επίσης τη συνεργατική βελτιστοποίηση της τεχνολογίας συσκευασίας και τον σχεδιασμό απαγωγής θερμότητας. Στην εφαρμογή των σταθμών φόρτισης, οι δίοδοι πρέπει να αντέχουν σε σκληρές συνθήκες όπως υψηλό ρεύμα, υψηλή τάση και εναλλαγή υψηλής-συχνότητας και οι παραδοσιακές μορφές συσκευασίας (όπως DO-41, TO-220) δεν είναι πλέον σε θέση να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις. Επί του παρόντος, ο κλάδος επιταχύνει την εξέλιξή του προς τις ακόλουθες κατευθύνσεις:

Συμπαγής συσκευασία: DFN (διπλής-επίπεδης όψης χωρίς καρφίτσες), SODFL (μικρή δίοδος μπαλώματος) και άλλες μορφές συσκευασίας έχουν γίνει η προτιμώμενη επιλογή για διατάξεις PCB υψηλής πυκνότητας λόγω του μικρού τους μεγέθους και των χαμηλών παρασιτικών παραμέτρων. Για παράδειγμα, οι συσκευασμένες δίοδοι DFN μπορούν να μειώσουν το μέγεθος της συσκευής στο 1/5 των παραδοσιακών προϊόντων βελτιώνοντας παράλληλα την απόδοση απαγωγής θερμότητας.
Συσκευασία υψηλής απαγωγής θερμότητας: Για μονάδες φόρτισης υψηλής ισχύος-, οι εταιρείες βελτιώνουν τη θερμική αγωγιμότητα των διόδων χρησιμοποιώντας υλικά όπως υποστρώματα χαλκού και κεραμικές συσκευασίες. Για παράδειγμα, μια δίοδος SiC με κεραμική κάψουλα που αναπτύχθηκε από μια συγκεκριμένη επιχείρηση μπορεί να μειώσει την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 40 μοίρες και να βελτιώσει την απόδοση του συστήματος κατά 2% σε σύγκριση με τις παραδοσιακές συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο- σε ένα σενάριο εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης 350 kW.
Ολοκληρωμένη σχεδίαση: ενσωματώστε πολλαπλές μονάδες διόδου σε μια ενιαία μονάδα ή συσκευάστε τις μαζί με το MOSFET και το κύκλωμα μετάδοσης κίνησης για να σχηματίσετε ένα σύμπλεγμα συσκευών ισχύος (όπως η μονάδα IPM), που μπορεί να απλοποιήσει το σχεδιασμό κυκλώματος, να μειώσει την παρασιτική επαγωγή και να βελτιώσει την αξιοπιστία του συστήματος.
3, Επέκταση σεναρίου εφαρμογής: από τη μονάδα φόρτισης στην πλήρη προστασία αλυσίδας
Με την αναβάθμιση της τεχνολογίας των σταθμών φόρτισης, τα σενάρια εφαρμογής των διόδων επεκτείνονται από τις παραδοσιακές μονάδες φόρτισης σε ολόκληρη την αλυσίδα, καλύπτοντας πολλαπλές πτυχές όπως η διαχείριση ενέργειας, η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) και η προστασία της ασφάλειας.

Διαχείριση ενέργειας: Στα κυκλώματα PFC (Διόρθωση συντελεστή ισχύος), οι δίοδοι γρήγορης ανάκτησης σε συνδυασμό με SiC MOSFET μπορούν να επιτύχουν υψηλή-απόδοση και χαμηλή αρμονική μετατροπή ενέργειας, πληρώντας τις απαιτήσεις του προτύπου IEC 61000-3-2.
Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα: Οι δίοδοι TVS (μεταβατική καταστολή τάσης), με την ταχύτητα απόκρισης νανοδευτερόλεπτου, μπορούν να καταστέλλουν αποτελεσματικά τις υπερτάσεις που δημιουργούνται όταν οι σταθμοί φόρτισης συνδέονται με οχήματα, προστατεύοντας το κύκλωμα κατάντη από ζημιά. Για παράδειγμα, μια δίοδος TVS 5 kW που αναπτύχθηκε από μια συγκεκριμένη επιχείρηση έχει ακρίβεια τάσης σύσφιξης ± 5% και αυξημένη ικανότητα απορρόφησης υπερτάσεων 10 kA.
Προστασία ασφαλείας: Στη διεπαφή πιστολιού φόρτισης, η συστοιχία διόδων μπορεί να σχηματίσει κυκλώματα προστασίας αντιστροφής και υπέρτασης/υπερέντασης για να αποτρέψει τη ζημιά του εξοπλισμού που προκαλείται από κακή λειτουργία. Για παράδειγμα, το σύστημα φόρτισης ενός συγκεκριμένου μοντέλου αυτοκινήτου χρησιμοποιεί αμφίδρομες διόδους TVS για τη σύσφιξη της αντίστροφης τάσης εντός ασφαλούς εύρους, αποφεύγοντας τον κίνδυνο υπερφόρτισης της μπαταρίας.