Какова тенденция использования диодов на станциях зарядки транспортных средств, работающих на новых источниках энергии?

1. Технологическая итерация: переход от традиционного кремния-к полупроводникам с широкой запрещенной зоной.
Традиционные кремниевые диоды-на протяжении долгого времени доминировали на рынке зарядных устройств благодаря своей низкой стоимости и отработанной технологии. Однако с развитием новых энергетических транспортных средств, ориентированных на высокое напряжение и большую мощность, узкие места кремниевых-диодов в производительности становятся все более заметными. Например, в сценарии быстрой зарядки с высоким-напряжением 800 В высокие потери обратного восстановления и низкая частота переключения кремниевых-диодов приводят к снижению эффективности системы, а проблемы со стабильностью в условиях высоких-температур также ограничивают их применение.

Появление широкозонных полупроводниковых материалов, таких как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), открыло новое направление для модернизации диодной технологии. Если взять в качестве примера SiC-диоды Шоттки, то они обладают следующими преимуществами:

Низкое сопротивление: критическая напряженность поля пробоя материала SiC в 10 раз выше, чем у кремния, что позволяет добиться более тонкого дрейфового слоя, тем самым снижая сопротивление и потери энергии.
Характеристики высокочастотного переключения: время обратного восстановления (t_rr) SiC-диодов близко к нулю, что значительно увеличивает частоту переключения и адаптируется к требованиям высокочастотных зарядных модулей.
Высокая термостойкость: устройства SiC могут стабильно работать при температуре выше 200 градусов, что снижает сложность конструкции рассеивания тепла и повышает надежность системы.
По прогнозам институтов рыночных исследований, к 2026 году объем мирового рынка SiC-диодов превысит 3 миллиарда долларов США, а совокупный годовой темп роста составит 15%, из которых более 30% будет приходиться на область зарядных свай. Отечественные предприятия, такие как Silanwei и Yangjie Technology, наладили массовое производство SiC-диодов Шоттки и постепенно внедряют сценарии с высокой добавленной стоимостью,-такие как зарядные батареи и OBC (бортовые зарядные устройства-).

2. Инновации в материалах: совместная оптимизация технологий упаковки и проектирования рассеивания тепла.
Улучшение характеристик диодов зависит не только от инноваций в материалах, но также требует совместной оптимизации технологии упаковки и конструкции рассеивания тепла. При использовании на зарядных станциях диоды должны выдерживать суровые условия, такие как большой ток, высокое напряжение и высокая-частотная коммутация, а традиционные формы упаковки (такие как DO-41, TO-220) больше не могут соответствовать этим требованиям. В настоящее время отрасль ускоряет свое развитие по следующим направлениям:

Компактная упаковка: DFN (двусторонний-плоский бесконтактный диод), SODFL (маленький патч-диод) и другие формы упаковки стали предпочтительным выбором для компоновки печатных плат с высокой-плотностью благодаря их небольшому размеру и низким паразитным параметрам. Например, диоды в корпусе DFN могут уменьшить размер устройства до 1/5 от размера традиционных продуктов, одновременно повышая эффективность рассеивания тепла.
Корпус с высоким рассеиванием тепла. Для зарядных модулей большой-мощности компании улучшают теплопроводность диодов, используя такие материалы, как медные подложки и керамическую упаковку. Например, SiC-диод в керамической капсуле, разработанный одним предприятием, может снизить повышение температуры на 40 градусов и повысить эффективность системы на 2 % по сравнению с традиционными кремниевыми-устройствами в сценарии сверхбыстрой зарядки мощностью 350 кВт.
Интегрированная конструкция: объедините несколько диодных блоков в один модуль или объедините их вместе с MOSFET и схемой управления, чтобы сформировать комплекс силовых устройств (например, модуль IPM), который может упростить проектирование схемы, уменьшить паразитную индуктивность и повысить надежность системы.
3. Расширение сценария применения: от модуля зарядки до полной защиты цепи.
С модернизацией технологии зарядных станций сценарии применения диодов расширяются от традиционных зарядных модулей до всей цепочки, охватывая множество аспектов, таких как управление питанием, электромагнитная совместимость (ЭМС) и защита безопасности.

Управление питанием. В схемах PFC (коррекция коэффициента мощности) диоды с быстрым восстановлением в сочетании с SiC MOSFET позволяют добиться высокой-эффективности и преобразования энергии с низким уровнем гармоник, что соответствует требованиям стандарта IEC 61000-3-2.
Электромагнитная совместимость: диоды TVS (подавление переходных напряжений) с их наносекундной скоростью срабатывания могут эффективно подавлять скачки напряжения, возникающие при подключении зарядных станций к транспортным средствам, защищая выходную цепь от повреждений. Например, ТВС-диод мощностью 5кВт, разработанный неким предприятием, имеет точность фиксации напряжения ±5% и повышенную способность поглощения перенапряжений - 10кА.
Защита безопасности: на интерфейсе зарядного пистолета диодная матрица может образовывать схемы защиты от обратного хода и перенапряжения/перегрузки по току, чтобы предотвратить повреждение оборудования, вызванное неправильной эксплуатацией. Например, в системе зарядки определенной модели автомобиля используются двунаправленные TVS-диоды для ограничения обратного напряжения в безопасном диапазоне, что позволяет избежать риска перезарядки аккумуляторной батареи.