Sic+Si मिश्रित कार्बन संलयन इन्वर्टर · अवधारणा से सिस्टम समाधान कार्यान्वयन तक पैनोरमा विश्लेषण

Sic+Si मिश्रित कार्बन संलयन इन्वर्टर · अवधारणा से सिस्टम समाधान कार्यान्वयन तक पैनोरमा विश्लेषण

परिचय: इलेक्ट्रिक वाहन प्रौद्योगिकी की तेजी से उन्नति के साथ, बिजली उपकरणों के नवाचार और अनुकूलन उद्योग प्रगति के लिए प्रमुख ड्राइवर बन गए हैं। SIC (सिलिकॉन कार्बाइड) और SI (सिलिकॉन) बहु-चर हाइब्रिड इन्वर्टर तकनीक, एक अत्यधिक अग्रेषित दिखने वाली अभिनव उपलब्धि के रूप में, धीरे-धीरे इलेक्ट्रिक वाहन क्षेत्र में प्रमुखता प्राप्त कर रही है।

मैं: बाजार को किस तरह के इन्वर्टर की आवश्यकता है?

1. चीन की इलेक्ट्रिक वाहन विकास की प्रवृत्ति और बिजली सेमीकंडक्टर की मांग

चीन के इलेक्ट्रिक वाहन बाजार ने विस्फोटक वृद्धि के एक चरण में प्रवेश किया है, जो नई ऊर्जा के लिए वैश्विक संक्रमण में एक महत्वपूर्ण चालक के रूप में उभर रहा है। जैसा कि नीचे दिए गए चार्ट में दिखाया गया है, 2013 से 2024 तक के दशक में हजारों से 12.87 मिलियन यूनिट की बिक्री हुई, जो कि नीतिगत समर्थन, बढ़े हुए उपभोक्ता पर्यावरण जागरूकता और तकनीकी प्रगति से प्रेरित है। यात्री वाहन ईवीएस में अपने बाजार में हिस्सेदारी को लगातार चढ़ते रहे, इलेक्ट्रिक वाहनों के साथ 2024 तक नई कार की बिक्री के 40.9% के लिए लेखांकन।

मार्केट सेगमेंट में, PHEV और REEV ने पिछले दो वर्षों में 84.69% की वृद्धि दर हासिल की है। उनकी "लचीली चार्जिंग" सुविधा-शहरी आने वाले के लिए शुद्ध इलेक्ट्रिक मोड का उपयोग करना लागत को कम करने के लिए लागत को कम करने के लिए, लंबी दूरी की यात्रा के लिए ईंधन-संचालित चार्जिंग को नियोजित करते हुए रेंज की चिंता को कम करने के लिए-विविध उपयोगकर्ता परिदृश्यों को दर्शाता है। वोल्टेज प्लेटफार्मों के बारे में, 800V उच्च-वोल्टेज प्लेटफॉर्म की बाजार हिस्सेदारी 2022 में 2% से बढ़कर 2025 तक 15% हो गई है। तेजी से चार्जिंग क्षमताओं (300kW से अधिक) और महत्वपूर्ण ऊर्जा दक्षता में सुधार के साथ, यह प्रभावी रूप से प्रीमियम वाहनों की मांगों को पूरा करता है।

उपभोक्ताओं के इलेक्ट्रिक वाहन की मांग तेजी से विविध होने के साथ, "बड़े केबिन स्पेस" और "मजबूत पावर आउटपुट" के लिए बढ़ती वरीयता है। यह प्रवृत्ति "छोटे, अधिक शक्तिशाली, अधिक कुशल और अधिक लागत प्रभावी" होने की दिशा में पावरट्रेन के विकास को प्रेरित करती है। बाजार के रुझानों का विश्लेषण करने के बाद, इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम में इनवर्टर -कोर घटकों के प्रमुख प्रदर्शन मेट्रिक्स को कैसे विकसित किया गया है? आइए इन्वर्टर केपीआई इवोल्यूशन के लिए विस्तार से रोडमैप का पता लगाएं।

2: इन्वर्टर केपीआई विकास रोडमैप: दर अर्धचालक नवाचार दिशा

इलेक्ट्रिक वाहनों में एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में, कर्षण इनवर्टर सीधे वाहन के बिजली उत्पादन, ऊर्जा दक्षता और ड्राइविंग अनुभव को निर्धारित करते हैं। उनके प्रदर्शन को अनुकूलित करना वाहन निर्माताओं और आपूर्तिकर्ताओं के लिए प्रतिस्पर्धा बढ़ाने के लिए एक महत्वपूर्ण रणनीति बन गया है। आइए इनवर्टर की कुंजी KPI की जांच करें: लागत दक्षता, बिजली घनत्व और चक्र दक्षता। इन क्षेत्रों में वर्तमान विकास के रुझान क्या हैं?

नीचे दिया गया चार्ट 2019 से 2027 तक इन्वर्टर कोर केपीआई की बदलती प्रवृत्ति को दर्शाता है। "इन्वर्टर केपीआई रोडमैप" के माध्यम से, हम स्पष्ट रूप से कैप्चर कर सकते हैं:

■ लागत: 2019 के बाद से, Si IGBT की कीमत में 65%की कमी आई है, और SIC की कीमत कुछ हद तक कम हो गई है, लेकिन यह अभी भी Si IGBT की तुलना में लगभग 2.5-3 गुना अधिक महंगा है।

■ पावर डेंसिटी: इन्वर्टर पावर डेंसिटी वक्र 2019 में 37 kW/L से लेकर 2027 में 100 kW/L तक एक ऊपर की ओर प्रवृत्ति दिखाता है, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल इन्वर्टर डिज़ाइन प्राप्त करने में मदद मिलती है।

■ CLTC-PEMECIENCIENCE: SIC की दक्षता वक्र 2019 में 95.8% से बढ़कर 2027 में 99.2% हो गई है; एसआई की दक्षता भी सुधरी है, लेकिन यह हमेशा एसआईसी की तुलना में कम है।

3. इन KPI के परिवर्तनों को प्रभावित करने वाले कारक क्या हैं? कई मुख्य पहलू हैं (निम्नलिखित फोकस बिंदु):

■ एकीकरण प्रौद्योगिकी का विकास: आईसी एकीकरण, यांत्रिक एकीकरण, कम कनेक्शन, आदि सहित -> सिस्टम संरचना को सरल बनाने में मदद करता है, अनावश्यक ऊर्जा हानि और संकेत हस्तक्षेप को कम करता है, इस प्रकार लागत को कम करता है, सिस्टम विश्वसनीयता और शक्ति घनत्व में सुधार करता है

■ आपूर्ति श्रृंखला स्थिरता और अनुकूलन: स्केल प्रभाव, आंतरिक डिजाइन, स्थानीय आपूर्ति और अन्य कारक प्रभावी रूप से लागत को नियंत्रित कर सकते हैं और घटकों की स्थिर आपूर्ति सुनिश्चित कर सकते हैं; उत्पादन पैमाने का विस्तार और आपूर्ति श्रृंखला लेआउट का अनुकूलन करके, SIC और SI घटकों की लागत को कम किया जा सकता है

■ अभिनव दृष्टिकोण: जैसे कि PCB कॉन्फ़िगरेशन, सॉफ़्टवेयर एल्गोरिदम (जैसे, DPWM, स्क्वायर वेव कंट्रोल, कैरियर फ़्रीक्वेंसी ऑप्टिमाइज़ेशन, स्लोप कंट्रोल), अगली पीढ़ी के SI/SIC CHIP प्रौद्योगिकी, कम-लीक इंडक्टर पैकेजिंग और लेआउट, इंटीग्रेटेड पावर डिवाइस, तीन-स्तरीय टोपोलॉजी, इन एडवांस डिवाइसिंग डिवाइस प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए चिप एम्बेडिंग, इसलिए, हम यह देख सकते हैं कि इन्वर्टर्स की प्रदर्शन छलांग "सिंगल-पॉइंट ब्रेकथ्रू" से "सिस्टम सिनर्जी" तक विकसित होने वाली पावर डिवाइस प्रौद्योगिकी से उपजी है: एसआई-आधारित आईजीबीटी की बड़े पैमाने पर लागत में कमी, एसआईसी की कुशल सफलता, और विभिन्न अभिनव प्रौद्योगिकियों के तालमेल को सामूहिक रूप से "थ्री-डिमेंशनल प्रतिस्पर्धा" में "तीन-द्विध्रुवीय प्रतिस्पर्धा" का निर्माण करता है। इस परिवर्तन में, जो कोई भी लागत, दक्षता और एकीकरण में "ट्रिपल ऑप्टिमाइज़ेशन" प्राप्त करता है, इलेक्ट्रिक वाहन ड्राइव सिस्टम में पहल को जब्त कर लेगा और उद्योग को उच्च-आयामी चरण तक ले जाएगा।

II: SI/SIC हाइब्रिड स्विच की टोपोलॉजी

हाइब्रिड स्विच समानांतर में Si IGBT और SIC MOSFET से बना है। उचित टोपोलॉजी डिजाइन और ड्राइविंग रणनीति के माध्यम से, दोनों के लाभ पूरक हैं। इसलिए, टोपोलॉजी संरचना की डिजाइन परिभाषा महत्वपूर्ण है!

यह टोपोलॉजी न केवल स्विचिंग डिवाइस की वर्तमान-ले जाने की क्षमता को बढ़ाता है, बल्कि चालन और स्विचिंग लॉस को भी कम करता है, जिससे समग्र प्रणाली के प्रदर्शन और दक्षता में सुधार होता है। इसलिए, विभिन्न टोपोलॉजी का विश्लेषण करना और इन्वर्टर दक्षता और विश्वसनीयता को बढ़ावा देने में अपने महत्वपूर्ण प्रभावों को प्रदर्शित करने के लिए इनवर्टर में हाइब्रिड स्विच के वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों का अध्ययन करना आवश्यक है।

SI/SIC मिश्रित स्विच डिवाइस विशेषताएँ

विभिन्न हाइब्रिड ड्राइव टोपोलॉजी की खोज करने के बाद, यह विश्लेषण तकनीकी दृष्टिकोण का विस्तार करने के लिए SI IGBT और SIC MOSFET कॉन्फ़िगरेशन पर ध्यान केंद्रित करेगा। आइए तीन मौलिक प्रश्नों को समझकर शुरू करें: SIC MOSFET के साथ संयुक्त रूप से Si IGBT की स्विचिंग विशेषताएं क्या हैं? इन विशेषताओं को क्या अद्वितीय बनाता है? और हम इष्टतम प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए उनकी व्यक्तिगत ताकत का लाभ कैसे उठा सकते हैं?

चालन विशेषताएं: उनकी अलग भौतिक संरचनाओं के कारण, IGBTS और SIC MOSFETs विभिन्न आउटपुट विशेषता घटता को प्रदर्शित करते हैं जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है। SIC MOSFETS अधिक प्रतिरोधक चालन विशेषताओं को प्रदर्शित करता है, जबकि IGBTS में एक स्पष्ट घुटने वोल्टेज (घुटने वोल्टेज) व्यवहार होता है। यह तकनीकी अंतर दो उपकरणों के बीच अलग -अलग चालन हानि विशेषताओं के रूप में प्रकट होता है:

कम वर्तमान में, SIC MOSFET नुकसान पर छोटा है; जब वर्तमान बड़ा होता है (वक्र के चौराहे बिंदु पर), तो IGBT नुकसान पर छोटा होता है।

IGBT और SIC MOSFET चालन विशेषताओं

स्विचिंग विशेषताएँ: IGBT एक द्विध्रुवी उपकरण है, और अल्पसंख्यक वाहकों का पुनर्संयोजन निश्चित रूप से बंद होने पर वर्तमान में पीछे हटने का कारण होगा, जिसके परिणामस्वरूप खराब स्विचिंग हानि विशेषताओं का कारण होगा। हालांकि, SIC MOSFET में तेजी से स्विचिंग स्पीड और कोई अनुगामी वर्तमान नहीं है, इसलिए इसके स्विचिंग लॉस में IGBT की तुलना में स्पष्ट लाभ हैं

अंत में, SIC MOSFET उपकरणों के पास सभी लोड स्थितियों के तहत प्रदर्शन के लाभ नहीं हैं। यह समझना आसान है कि SIC MOSFET और SI IGBT के बीच चयन करते समय एक ब्रेक-यहां तक कि विचार करने की आवश्यकता है।

तीन: हाइब्रिड स्विच की समय प्रबंधन और नियंत्रण रणनीति

एक बार जब हमें डिवाइस विशेषताओं की गहरी समझ और सिस्टम स्तर पर उन्हें लागू करने का उचित तरीका है, तो अगला कदम यह है कि इन डिजाइन विचारों को कैसे लागू किया जाए? तीन प्रमुख मुद्दे हैं: वर्तमान अनुपात, समय प्रबंधन और नियंत्रण रणनीति।

1। वर्तमान अनुपात अनिवार्य रूप से पते: उनके सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करते हुए पावर स्विच की आउटपुट क्षमता को अधिकतम कैसे करें? एक केस स्टडी के रूप में Infineon के 1200V उपकरणों का उपयोग करते हुए, यह विश्लेषण एक दोहरे ट्यूब समानांतर दोहरे-पल्स टेस्ट प्लेटफॉर्म पर चार हाइब्रिड उपकरणों के वास्तविक स्विचिंग प्रदर्शन को प्रदर्शित करता है। परिणाम बताते हैं कि वर्तमान क्षमता विभिन्न हाइब्रिड वर्तमान अनुपात के तहत वितरण को कैसे प्रभावित करती है, जबकि उपकरणों की सुरक्षित परिचालन सीमा पर भी विचार करती है।

2। एसआई/एसआईसी डिवाइस विशेषताओं का विस्तृत विवरण: अतुल्यकालिक स्विचिंग में 2.5 इष्टतम हानि

क्लॉकिंग प्रबंधन SI/SIC हाइब्रिड स्विच डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण घटक है। Si IGBTS और SIC MOSFETs के स्विचिंग टाइमिंग को ठीक से नियंत्रित करके, हम IGBTS में शून्य वोल्टेज स्विचिंग (ZVS) प्राप्त कर सकते हैं, जिससे स्विचिंग लॉस को काफी कम कर दिया जा सकता है। प्रमुख प्रश्न हैं: एसिंक्रोनस स्विचिंग रणनीतियों के माध्यम से हाइब्रिड स्विच नुकसान का अनुकूलन कैसे करें? अलग -अलग स्विचिंग मोड (समय विकल्प स्विचिंग) क्या हैं? अलग-अलग टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ देरी हाइब्रिड स्विच में ऑन-स्टेट और ऑफ-स्टेट नुकसान को कैसे प्रभावित करती है? ये महत्वपूर्ण पहलू हैं जिन्हें हमें संबोधित करने की आवश्यकता है।

अंत में, हम बाजार में उपलब्ध कई अभिनव हाइब्रिड ड्राइवर आईसीएस पेश करेंगे जो उन्नत समय प्रबंधन क्षमताओं को शामिल करते हुए SIC MOSFETS और SI IGBTS के सिंक्रोनस या एसिंक्रोनस ऑपरेशन को सक्षम करते हैं। वास्तविक समय में देरी के समय और प्राथमिकता अनुक्रमों को गतिशील रूप से समायोजित करके, ये आईसी हाइब्रिड उपकरणों में स्विचिंग प्रदर्शन को अनुकूलित करते हैं, जिससे सिस्टम दक्षता और विश्वसनीयता बढ़ जाती है।

निष्कर्ष

जैसा कि उपरोक्त परिचय से देखा जा सकता है, पूरी तरह से और व्यवस्थित रूप से एसआईसी-सी हाइब्रिड पावर सेमीकंडक्टर की तकनीकी दिशा को समझने के लिए, हमारा समग्र विचार तीन चरणों को लेना है।

चरण 1: सबसे बुनियादी घटकों के साथ शुरू करें। पहले उन्हें गहराई से समझें और फिर चर्चा करें: उनकी व्यक्तिगत विशेषताएं क्या हैं? वे समानांतर में कैसे प्रदर्शन करते हैं? सिस्टम प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए हम इन घटकों की विशेषताओं का उपयोग कैसे कर सकते हैं?

चरण 2: विभिन्न स्विचिंग मोड के तहत डिवाइस विशेषताओं और प्रदर्शन को समझने के बाद, हम इन्वर्टर स्तर पर चले जाते हैं। डिवाइस स्तर पर हमारे विश्लेषण पर निर्माण, यह खंड यह बताता है कि अनुकूलित SIC/SI अनुपात के माध्यम से ट्रांजिस्टर आउटपुट विशेषताओं को अधिकतम करने के लिए और उच्च प्रणाली दक्षता प्राप्त करते हुए और बिजली के नुकसान को कम करते हुए, अनुप्रयोग स्थितियों के अनुरूप ड्राइव रणनीतियों को कैसे बढ़ाया जाता है। हम दक्षता और प्रदर्शन के बीच इष्टतम संतुलन प्राप्त करने के लिए विभिन्न लोड स्थितियों के तहत SIC MOSFETS और SI IGBTs की वर्तमान-ले जाने वाली क्षमताओं का पूरी तरह से कैसे लाभ उठा सकते हैं?

भाग III: डिवाइस विशेषताओं और सिस्टम-स्तरीय एप्लिकेशन दृष्टिकोणों की गहन समझ प्राप्त करने के बाद, अगला महत्वपूर्ण प्रश्न यह है कि इन डिजाइन अवधारणाओं को कैसे लागू किया जाए। यह खंड यह जांच करेगा कि अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए नियंत्रण रणनीतियों और ड्राइवर सर्किट आर्किटेक्चर के माध्यम से हाइब्रिड SIC-SI पावर उपकरणों के कुशल संचालन को कैसे प्राप्त किया जाए, ड्राइवर ICS और सर्किट डिजाइन पर ध्यान केंद्रित किया जाए।

अंततः, महत्वपूर्ण प्रश्न बना हुआ है: इलेक्ट्रिक वाहनों में SI/SIC हाइब्रिड स्विच के व्यावहारिक अनुप्रयोग और भविष्य की संभावनाएं क्या हैं? चूंकि ईवी बाजार का विस्तार जारी है और नई ऊर्जा प्रौद्योगिकियों को आगे बढ़ाया जाता है, उच्च दक्षता, उच्च-शक्ति-घनत्व और उच्च-विश्वसनीय स्विचिंग उपकरणों की मांग बढ़ती रहती है। उनके बेहतर प्रदर्शन और लागत लाभों के साथ, SI/SIC हाइब्रिड स्विच जल्द ही प्रमुख स्विचिंग समाधान बन सकते हैं, जो उत्पाद नवाचार और तकनीकी उन्नयन में ताजा गति को इंजेक्ट करते हैं।