แนวโน้มการใช้ไดโอดในสถานีชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่เป็นอย่างไร?

1, การทำซ้ำทางเทคโนโลยี: การอัปเกรดจากซิลิคอนแบบดั้งเดิม-ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้าง
ไดโอดที่ใช้ซิลิคอนแบบดั้งเดิม-ครองตลาดเสาเข็มชาร์จมายาวนาน เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนายานยนต์พลังงานใหม่ไปสู่ไฟฟ้าแรงสูงและกำลังสูง ปัญหาคอขวดด้านประสิทธิภาพของไดโอดที่ใช้ซิลิคอน-จึงมีความโดดเด่นมากขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น ในสถานการณ์การชาร์จแบบเร็วแรงดันสูง- 800V การสูญเสียการกู้คืนแบบย้อนกลับสูงและความถี่ในการสลับต่ำของไดโอดที่ใช้ซิลิคอน- ส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง ในขณะที่ปัญหาด้านความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-ยังจำกัดการใช้งานอีกด้วย

การเพิ่มขึ้นของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบ bandgap แบบกว้าง เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ได้ให้ทิศทางใหม่สำหรับการอัพเกรดเทคโนโลยีไดโอด ยกตัวอย่างไดโอด SiC Schottky พวกเขามีข้อดีดังต่อไปนี้:

ความต้านทานต่ำ: ความแรงของสนามสลายวิกฤตของวัสดุ SiC คือ 10 เท่าของซิลิคอน ซึ่งสามารถทำให้เกิดชั้นดริฟท์ที่บางลงได้ ซึ่งช่วยลดความต้านทานและการสูญเสียพลังงาน
คุณลักษณะการสลับความถี่สูง: เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ (t_rr) ของไดโอด SiC ใกล้เป็นศูนย์ ซึ่งเพิ่มความถี่ในการสลับอย่างมาก และปรับให้เข้ากับความต้องการของโมดูลการชาร์จความถี่สูง-
ทนต่ออุณหภูมิสูง: อุปกรณ์ SiC สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 200 องศา ลดความซับซ้อนของการออกแบบการกระจายความร้อน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบ
ตามการคาดการณ์ของสถาบันวิจัยตลาด ขนาดของตลาดไดโอด SiC ทั่วโลกจะเกิน 3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2569 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีที่ 15% ซึ่งสนามกองชาร์จจะมีสัดส่วนมากกว่า 30% องค์กรในประเทศ เช่น Silanwei และ Yangjie Technology ประสบความสำเร็จในการผลิตไดโอด SiC Schottky จำนวนมาก และค่อยๆ นำเสนอสถานการณ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง- เช่น เสาชาร์จและ OBC (ที่ชาร์จบนบอร์ด)

2 นวัตกรรมวัสดุ: การเพิ่มประสิทธิภาพร่วมกันของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์และการออกแบบการกระจายความร้อน
การปรับปรุงประสิทธิภาพของไดโอดไม่เพียงแต่อาศัยนวัตกรรมด้านวัสดุเท่านั้น แต่ยังต้องอาศัยการเพิ่มประสิทธิภาพร่วมกันของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์และการออกแบบการกระจายความร้อนอีกด้วย ในการใช้งานสถานีชาร์จ ไดโอดจะต้องทนทานต่อสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น กระแสไฟฟ้าแรงสูง แรงดันไฟฟ้าสูง และการสลับความถี่สูง- และรูปแบบบรรจุภัณฑ์แบบดั้งเดิม (เช่น DO-41, TO-220) จะไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดได้อีกต่อไป ปัจจุบัน อุตสาหกรรมกำลังเร่งพัฒนาไปสู่ทิศทางต่อไปนี้:

บรรจุภัณฑ์ขนาดกะทัดรัด: DFN (สอง-ด้านแบนไม่มีพิน), SODFL (ไดโอดแพทช์ขนาดเล็ก) และรูปแบบบรรจุภัณฑ์อื่นๆ กลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับเค้าโครง PCB ความหนาแน่นสูง- เนื่องจากมีขนาดเล็กและพารามิเตอร์ปรสิตต่ำ ตัวอย่างเช่น ไดโอดในแพ็คเกจ DFN สามารถลดขนาดอุปกรณ์ลงเหลือ 1/5 ของผลิตภัณฑ์แบบดั้งเดิมในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน
บรรจุภัณฑ์ที่มีการกระจายความร้อนสูง: สำหรับโมดูลการชาร์จพลังงานสูง- บริษัทต่างๆ จะปรับปรุงการนำความร้อนของไดโอดโดยใช้วัสดุ เช่น พื้นผิวทองแดงและบรรจุภัณฑ์เซรามิก ตัวอย่างเช่น ไดโอด SiC ห่อหุ้มเซรามิกที่พัฒนาโดยองค์กรบางแห่งสามารถลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้ 40 องศาและปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบได้ 2% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิม-ในสถานการณ์การชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษขนาด 350kW
การออกแบบแบบบูรณาการ: รวมไดโอดหลายยูนิตไว้ในโมดูลเดียว หรือบรรจุแพ็คเกจไว้ร่วมกับ MOSFET และวงจรขับเคลื่อนเพื่อสร้างอุปกรณ์กำลังที่ซับซ้อน (เช่น โมดูล IPM) ซึ่งสามารถลดความซับซ้อนของการออกแบบวงจร ลดการเหนี่ยวนำปรสิต และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบ
3 การขยายสถานการณ์การใช้งาน: จากโมดูลการชาร์จไปจนถึงการป้องกันโซ่แบบเต็ม
ด้วยการอัปเกรดเทคโนโลยีสถานีชาร์จ สถานการณ์การใช้งานไดโอดจะขยายจากโมดูลการชาร์จแบบเดิมไปจนถึงทั้งห่วงโซ่ ครอบคลุมหลายแง่มุม เช่น การจัดการพลังงาน ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) และการป้องกันความปลอดภัย

การจัดการพลังงาน: ในวงจร PFC (การแก้ไขตัวประกอบกำลัง) ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วที่รวมกับ SiC MOSFET จะให้ประสิทธิภาพสูง-และการแปลงพลังงานฮาร์มอนิกต่ำ โดยเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐาน IEC 61000-3-2
ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า: ไดโอด TVS (การลดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว) ที่มีความเร็วตอบสนองระดับนาโนวินาที สามารถระงับแรงดันไฟกระชากที่เกิดขึ้นเมื่อสถานีชาร์จเชื่อมต่อกับยานพาหนะได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปกป้องวงจรดาวน์สตรีมจากความเสียหาย ตัวอย่างเช่น ไดโอด TVS ขนาด 5kW ที่พัฒนาโดยองค์กรบางแห่งมีความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าในการหนีบที่ ± 5% และความสามารถในการดูดซับไฟกระชากเพิ่มขึ้นที่ 10kA
การป้องกันความปลอดภัย: ที่อินเทอร์เฟซของปืนชาร์จ อาร์เรย์ไดโอดสามารถสร้างวงจรป้องกันการย้อนกลับและแรงดันไฟฟ้าเกิน/กระแสเกิน เพื่อป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ที่เกิดจากการทำงานผิดพลาด ตัวอย่างเช่น ระบบการชาร์จของรถยนต์บางรุ่นใช้ไดโอด TVS แบบสองทิศทางเพื่อยึดแรงดันไฟย้อนกลับให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัย เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่จะชาร์จก้อนแบตเตอรี่มากเกินไป