Kā risināt augstfrekvences{0}}diožu radītās problēmas energosistēmā?

一, augstfrekvences izaicinājumu{0}}galvenie sāpju punkti
1. Elektromagnētisko traucējumu (EMI) kontroles zudums
The high-frequency switching action (such as the di/dt of SiC MOSFET reaching 10 ³ -10 ⁴ A/μ s) will produce steep voltage spikes (dv/dt>10kV/μs), kā rezultātā ievērojami uzlabojas vadītspēja un radiācijas traucējumi. Piemēram, fotoelementu invertoros augstas-frekvences troksnis var traucēt elektrotīkla sprieguma uzraudzības sistēmu, izraisot datu iegūšanas kļūdas, kas pārsniedz 5%; 5G bāzes stacijās EMI spektrs pārsniedz 30 MHz, kas pārsniedz tradicionālo LC filtru slāpēšanas diapazonu. Vairākkārtības π - tipa filtri ir jāprojektē, bet tas palielinās papildu zudumus par 2-3%.

2. Pēkšņs siltuma vadības spiediena pieaugums
Augsta frekvence palielina jaudas blīvumu līdz vairāk nekā 15 kW/L, kā rezultātā ievērojami palielinās siltuma ražošana uz tilpuma vienību. Ņemot par piemēru jaunu enerģijas transportlīdzekļu piedziņas invertoru, SiC diožu savienojuma temperatūra ir jākontrolē zem 125 grādiem augstfrekvences režīmā, un tradicionālā gaisa -dzesētā siltuma izkliedes efektivitāte ir nepietiekama (Mazāka vai vienāda ar 50 W/(m²), bet tas prasīs šķidruma dzesēšanu, palielinot sistēmas izmantošanu. aprīkojuma svars un izmaksas. Turklāt augstfrekvences transformatori ir pakļauti lokālai tinumu temperatūrai, kas pārsniedz 150 grādu apšuvuma un tuvuma ietekmes dēļ, vēl vairāk pastiprinot termiskās noplūdes risku.

3. Materiālu veiktspēja un iepakojuma sašaurinājums
Tradicionālie materiāli, kuru pamatā ir silīcijs{0}}, sasniedz savas fiziskās robežas augstās frekvencēs: silīcija diožu reversās atkopšanas laiks (TRR) var sasniegt desmitiem līdz simtiem nanosekunžu, kā rezultātā slēdžu zudumi ir vairāk nekā 30%; Silīcija tērauda lokšņu transformatoru dzelzs zudumi pie 100 kHz ir vairāk nekā 100 reižu lielāki par strāvas frekvenci, tādēļ ir jāizmanto augstfrekvences magnētiskie serdeņi, piemēram, nanokristāliskie sakausējumi, taču izmaksas ir augstas (5–8 reizes nekā silīcija tērauda loksnēm). Runājot par iepakojumu, tradicionālajam TO-247 iepakojumam ir ievērojama parazitārā induktivitāte virs 100 kHz, tādēļ ir nepieciešams pārslēgties uz apgrieztu mikroshēmu vai plakanu iepakojumu. Tomēr siltuma izkliedes ceļš ir sarežģīts un izmaksas palielinās par 20-30%.

2, tehnoloģiskais sasniegums: pilnīga ķēdes optimizācija no ierīcēm līdz sistēmām
1. Jaunu pusvadītāju materiālu pielietošana
Silīcija karbīda (SiC) diode: SiC materiāla joslas platums ir trīs reizes lielāks par silīciju, sabrukšanas elektriskā lauka stiprums sasniedz 2-3MV/cm, un reversās atkopšanas laiku var saīsināt līdz vairākiem desmitiem nanosekunžu. Fotogalvaniskajos invertoros SiC diodes samazina pārslēgšanas zudumus par 30% un sasniedz konversijas efektivitāti, kas pārsniedz 98%; Jaunu enerģijas transportlīdzekļu piedziņas invertorā tā augstās temperatūras stabilitāte (savienojuma temperatūra līdz 200 grādiem) atbalsta 800 V augstsprieguma platformu, un radiatora tilpums ir samazināts par 40%.
Gallija nitrīda (GaN) diode: GaN elektronu mobilitāte ir 2000 cm²/(V · s), tāpēc tā ir piemērota RF un augstfrekvences lietojumiem. 5G bāzes staciju milimetru viļņu priekšgalā GaN diodes nodrošina efektīvu signāla labošanu un noteikšanu, samazinot enerģijas patēriņu par 30%, salīdzinot ar silīcija ierīcēm, un atbalstot stabilu darbību 24GHz-52GHz frekvenču joslā.
Divdimensiju materiāla diode: grafēna diode izmanto nulles joslas spraugas raksturlielumus, lai panāktu liela{0}}ātruma pārslēgšanu terahercu (THz) frekvenču joslā, nodrošinot galvenos komponentus 6G sakaru iepriekšējai izpētei; MoS ₂ diodes nodrošina programmējamus rektifikācijas raksturlielumus, izmantojot heterosavienojumu struktūras, aizstājot vairākas funkcionālās ierīces pārkonfigurējamās skaitļošanas mikroshēmās un uzlabojot integrāciju un energoefektivitāti.
2. Inovācijas iepakošanas tehnoloģijā
Trīsdimensiju vertikālā struktūra: izmantojot dziļās tranšejas kodināšanas un epitaksiālās augšanas metodes, strāvas pārraides ceļš tiek pārveidots no horizontālas uz vertikālu, palielinot strāvas blīvumu līdz virs 200A/cm². Vertikālās SiC PiN diodes var izturēt tūkstošiem voltu apgrieztā sprieguma augstsprieguma līdzstrāvas pārvades (HVDC) sistēmās, tādējādi samazinot pārveidotāja stacijas komponentu skaitu un sistēmas zudumus.
Virsmas montāžas tehnoloģija (SMT) un flip chip tehnoloģija: SMT iepakojums palielina kontakta laukumu starp diodēm un shēmas platēm, uzlabojot siltuma izkliedes efektivitāti par 40%; Apgrieztās mikroshēmas tehnoloģija saīsina savienojuma attālumu starp mikroshēmām un shēmas platēm, samazina signāla pārraides zudumus un termisko pretestību, kā arī ir piemērota augstas-frekvences un lielas strāvas scenārijiem augstākās klases elektroniskajās ierīcēs.
Zemu parazītu parametru iesaiņojums: zemas induktivitātes savienojošo vadu un zemas kapacitātes substrāta materiālu izmantošana, lai samazinātu parazītisko parametru ietekmi uz augstas{0}}frekvences veiktspēju. Piemēram, noteikta uzņēmuma izstrādātā SiC moduļa iepakojuma parazitārā induktivitāte ir tik zema kā 2nH, un tā atbalsta pārslēgšanas frekvences palielināšanu līdz virs 1MHz.
3, Sistēmas optimizācija: sadarbības inovācijas no projektēšanas līdz darbībām
1. EMI slāpēšanas un elektromagnētiskās saderības (EMC) dizains
Vairāku secību filtrēšanas un ekranēšanas tehnoloģija: fotoelektriskajos invertoros π - tipa filtru un kopējā režīma droseles kombinācija tiek izmantota, lai slāpētu augstas-frekvences troksni virs 30 MHz; Jaunās enerģijas transportlīdzekļu uzlādes stacijās, lai samazinātu elektromagnētisko starojumu un atbilstu CISPR 32 standartiem, tiek izmantota ekranējoša vara folija un metāla pārsegi.
Mīkstās komutācijas tehnoloģija: izmantojot nulles sprieguma pārslēgšanu (ZVS) vai nulles strāvas pārslēgšanu (ZCS), lai samazinātu di/dt un dv/dt, tiek samazināti reversās atkopšanas zudumi. Piemēram, pēc mīkstās komutācijas tehnoloģijas pielietošanas noteiktai jaudas elektroniskai ierīcei kopējais sistēmas enerģijas patēriņš samazinājās par vairāk nekā 25%.
AI vadīta dinamiska EMI pārvaldība: mašīnmācīšanās modeļu izmantošana, lai analizētu vēsturiskos darbības datus, prognozētu strāvas svārstības un optimizētu diodes vadības stratēģijas. Piemēram, noteiktā patentu shēmā tiek izmantoti neironu tīkli, lai pielāgotu vadīšanas laiku reāllaikā, samazinot EMI troksni par 15 dB.
2. Saprātīga siltuma vadības sistēmas jaunināšana
Šķidruma dzesēšanas un fāzes maiņas materiāla (PCM) kompozīta siltuma izkliede: datu centru energosistēmā tiek izmantota šķidruma dzesēšanas plāksnes + PCM pildījuma siltuma izkliedes shēma, lai stabilizētu SiC diožu savienojuma temperatūru zem 125 grādiem un palielinātu jaudas blīvumu līdz 20 kW/L.
Siltuma simulācija un topoloģijas optimizācija: simulējiet augstas-frekvences diožu siltuma plūsmas sadalījumu, izmantojot tādus rīkus kā ANSYS Icepak, optimizējiet PCB izkārtojumu un siltuma izlietnes dizainu. Piemēram, jauna enerģijas transportlīdzekļa OBC projekts, izmantojot termisko simulāciju, samazināja siltuma izlietnes tilpumu par 30% un pazemināja temperatūras pieaugumu par 5 grādiem.
Inteliģents temperatūras kompensācijas algoritms: enerģijas uzkrāšanas invertora sistēmā mākslīgā intelekta algoritms dinamiski pielāgo diodes piedziņas spriegumu, pamatojoties uz reāllaika temperatūras paaugstināšanos-, lai izvairītos no pārkaršanas kļūmēm. Noteikta uzņēmuma plāns pagarina sistēmas nepārtrauktas darbības laiku līdz vairāk nekā 10 gadiem 45 grādu vidē.