ลักษณะความร้อนของอุปกรณ์ SIC คืออะไร?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของอุปกรณ์ SIC ฉันมักจะถูกถามเกี่ยวกับลักษณะความร้อนของส่วนประกอบที่น่าทึ่งเหล่านี้ ในบล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกลงไปในแง่มุมที่สำคัญของอุปกรณ์ SIC แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติและประโยชน์ที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขา

1. บทนำสู่อุปกรณ์ SIC

อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) ได้กลายเป็นเกม - ตัวเปลี่ยนในสาขาอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิมอุปกรณ์ SIC ให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นความต้านทานที่ต่ำกว่าและความเร็วในการสลับเร็วขึ้น ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายรวมถึงยานพาหนะไฟฟ้าระบบพลังงานหมุนเวียนและแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม

อุปกรณ์ SIC มีสองประเภทหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย:sic mosfetและSic Schottky Diode- SIC MOSFETs ใช้เป็นสวิตช์ในวงจรการแปลงพลังงานในขณะที่ไดโอด Sic Schottky ถูกใช้เป็นวงจรเรียงกระแส

2. การนำความร้อนของ SIC

หนึ่งในลักษณะความร้อนที่สำคัญที่สุดของ SIC คือการนำความร้อนสูง SIC มีการนำความร้อนซึ่งสูงกว่าซิลิคอนประมาณสามเท่า ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ SIC สามารถกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นทำให้พวกเขาสามารถทำงานได้ที่ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นโดยไม่ต้องมีความร้อนสูงเกินไป

ค่าการนำความร้อนสูงของ SIC เกิดจากโครงสร้างผลึก ใน SIC อะตอมจะถูกจัดเรียงในตาข่ายที่แน่น - ซึ่งอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนความร้อนผ่านวัสดุ เมื่ออุปกรณ์ SIC กำลังทำงานความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายผ่านอุปกรณ์ได้อย่างรวดเร็วและถูกถ่ายโอนไปยังอ่างล้างมือทำให้อุณหภูมิของอุปกรณ์อยู่ในช่วงที่ปลอดภัย

ตัวอย่างเช่นในเครื่องชาร์จยานพาหนะไฟฟ้าสูงโมดูลพลังงานที่ใช้ SIC สามารถจัดการพลังงานจำนวนมากในขณะที่ยังคงอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ สิ่งนี้ไม่เพียงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องชาร์จ แต่ยังขยายอายุการใช้งานของส่วนประกอบ

3. การพึ่งพาอุณหภูมิของคุณสมบัติทางไฟฟ้า

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ SIC นั้นมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิน้อยกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ซิลิกอน ในอุปกรณ์ซิลิกอนความต้านทาน ON - เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญกับอุณหภูมิซึ่งสามารถนำไปสู่การสูญเสียพลังงานที่เพิ่มขึ้นและลดประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง

ในทางตรงกันข้าม SIC MOSFETs มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทานค่อนข้างแบน ซึ่งหมายความว่าความต้านทาน ON - ของ SIC MOSFET จะเปลี่ยนแปลงไปเพียงเล็กน้อยในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง เป็นผลให้อุปกรณ์ SIC สามารถรักษาประสิทธิภาพสูงแม้ในอุณหภูมิสูง

ในทำนองเดียวกันไดโอด Sic Schottky มีกระแสการรั่วไหลย้อนกลับต่ำซึ่งได้รับผลกระทบน้อยกว่าจากอุณหภูมิ กระแสการรั่วไหลย้อนกลับในไดโอดซิลิกอนสามารถเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณด้วยอุณหภูมินำไปสู่การกระจายพลังงานที่เพิ่มขึ้นและความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่อาจเกิดขึ้น ในไดโอด Sic Schottky กระแสการรั่วไหลย้อนกลับยังคงค่อนข้างเสถียรในช่วงอุณหภูมิที่กว้างทำให้พวกเขามีความน่าเชื่อถือมากขึ้นในการใช้งานอุณหภูมิสูง

4. ความเสถียรทางความร้อนและความน่าเชื่อถือในระยะยาว

อุปกรณ์ SIC แสดงความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมซึ่งก่อให้เกิดความน่าเชื่อถือในระยะยาว จุดหลอมเหลวสูงของ SIC (ประมาณ 2700 ° C) ช่วยให้อุปกรณ์สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้โดยไม่ต้องมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญ

ในระหว่างการใช้งานอุปกรณ์ SIC จะถูกปั่นจักรยานความร้อนซ้ำ ๆ ซึ่งอาจทำให้เกิดความเครียดทางกลและความเหนื่อยล้าในวัสดุ อย่างไรก็ตามเนื่องจากความเสถียรทางความร้อนสูง SIC สามารถต้านทานผลกระทบเหล่านี้ได้ดีขึ้น ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวน้อยลงและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นสำหรับอุปกรณ์ SIC เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ซิลิคอน

นอกจากนี้ความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำในวัสดุ SIC ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ข้อบกพร่องในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สามารถทำหน้าที่เป็นไซต์สำหรับการสร้างความร้อนและการรวมตัวกันใหม่ของพาหะซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ได้เมื่อเวลาผ่านไป วัสดุ SIC ที่มีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำมีแนวโน้มน้อยกว่าปัญหาเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพที่สอดคล้องกันตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

5. ข้อกำหนดการระบายความร้อน

แม้จะมีลักษณะความร้อนที่ยอดเยี่ยม แต่อุปกรณ์ SIC ยังคงต้องใช้การระบายความร้อนที่เหมาะสมเพื่อให้ทำงานได้ดีที่สุด ข้อกำหนดการระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์ SIC ขึ้นอยู่กับการจัดอันดับพลังงานและแอปพลิเคชัน

สำหรับการใช้งานที่ต่ำ - พลังงานการระบายความร้อนจากธรรมชาติอาจเพียงพอ ในกรณีนี้ความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์จะกระจายไปในอากาศโดยรอบโดยไม่จำเป็นต้องใช้กลไกการระบายความร้อนเพิ่มเติม อย่างไรก็ตามสำหรับการใช้งานที่สูง - พลังงานบังคับ - การระบายความร้อนอากาศหรือการระบายความร้อนของเหลวเป็นสิ่งจำเป็น

การบังคับ - การระบายความร้อนของอากาศเกี่ยวข้องกับการใช้พัดลมเพื่อเป่าลมเหนืออุปกรณ์หรืออ่างล้างจานความร้อนเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อน ในทางกลับกันการระบายความร้อนของเหลวนั้นมีประสิทธิภาพมากขึ้นและสามารถจัดการความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นได้ ในระบบของเหลว - เย็นสารหล่อเย็นเช่นน้ำหรือสารทำความเย็นจะถูกหมุนเวียนผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดอยู่กับอุปกรณ์กำจัดความร้อนออกจากอุปกรณ์และถ่ายโอนไปยังสิ่งแวดล้อม

เมื่อออกแบบระบบระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์ SIC สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่นความต้านทานความร้อนของอ่างล้างจานความร้อนอัตราการไหลของสารหล่อเย็น (ในกรณีของการระบายความร้อนของเหลว) และเค้าโครงระบบโดยรวม ระบบระบายความร้อนที่ดี - ออกแบบให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ SIC ทำงานที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงสุด

6. ผลกระทบต่อระบบ - การออกแบบระดับ

ลักษณะความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ของอุปกรณ์ SIC มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการออกแบบระดับระบบ นักออกแบบสามารถใช้ประโยชน์จากความหนาแน่นพลังงานสูงและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ SIC เพื่อลดขนาดและน้ำหนักของระบบอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน

ตัวอย่างเช่นในอินเวอร์เตอร์พลังงานหมุนเวียนการใช้อุปกรณ์ SIC สามารถลดปริมาณของอินเวอร์เตอร์ได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการออกแบบที่ใช้ซิลิกอน ขนาดที่ลดลงไม่เพียง แต่ช่วยประหยัดพื้นที่ แต่ยังลดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและการขนส่ง

ยิ่งไปกว่านั้นประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้นของอุปกรณ์ SIC ยังช่วยให้การระบายความร้อนที่กะทัดรัดมากขึ้นซึ่งมีส่วนช่วยในการย่อขนาดโดยรวมของระบบ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีพื้นที่ จำกัด เช่นในการบินและอวกาศและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์

7. บทสรุปและเรียกร้องให้ดำเนินการ

โดยสรุปลักษณะความร้อนของอุปกรณ์ SIC รวมถึงการนำความร้อนสูงการพึ่งพาอุณหภูมิต่ำของคุณสมบัติทางไฟฟ้าความเสถียรทางความร้อนและความน่าเชื่อถือในระยะยาวทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์พลังงานที่หลากหลาย คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้อุปกรณ์ SIC ทำงานได้ที่ความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้นรักษาประสิทธิภาพสูงและมีอายุการใช้งานนานขึ้นเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ซิลิกอนแบบดั้งเดิม

หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พลังงานประสิทธิภาพสูง บริษัท ของเรานำเสนออุปกรณ์ SIC ที่หลากหลายรวมถึงsic mosfetและSic Schottky Diode- เรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและการบริการลูกค้าที่ยอดเยี่ยม หากคุณมีคำถามใด ๆ หรือสนใจในการอภิปรายการจัดซื้อจัดจ้างโปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการค้นหาโซลูชันอุปกรณ์ SIC ที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการเฉพาะของคุณ

การอ้างอิง

• Baliga, BJ (2005) อุปกรณ์พลังงานซิลิกอนคาร์ไบด์ วิทยาศาสตร์โลก
• Li, W. , & Chen, Z. (2018) Silicon Carbide Power Electronics: วัสดุอุปกรณ์และการใช้งาน John Wiley & Sons
• Zhang, X. , & Wang, X. (2020) การจัดการความร้อนของอุปกรณ์พลังงานซิลิกอนคาร์ไบด์ การทำธุรกรรม IEEE บนพลังงานอิเล็กทรอนิกส์