הסיליקון קרביד משיג את יעדי הביצועים של המערכות במכוניות היברידיות וחשמליות

סיליקון קרביד יכול להתגבר על המגבלות המבניות של הסיליקון, ולספק רמות של ביצועים שאי אפשר היה להשיג קודם

שוק הרכב החשמלי ההיברידי שאפשר להטעין מבחוץ והרכב החשמלי במלואו ממשיך לגדול. המכוניות בקטגוריות האלה, שנקראות לפעמים ביחד מכוניות היברידיות וחשמליות (xEV), כוללות התקני אלקטרוניקת הספק רבים, שרובם מבוססים כיום על טכנולוגיות סיליקון. אבל תכנוני ה-xEV הכי מתקדמים מצריכים פתרונות אלקטרוניקת הספק שיכולים להשיג יעילות וצפיפות הספק יותר גבוהות ממה שיכולים לספק מבני סיליקון רגילים.

סיליקון קרביד יכול להתגבר על המגבלות המבניות של הסיליקון, ולספק רמות של ביצועים שאי אפשר היה להשיג קודם. היתרונות של סיליקון קרביד הם אובדני מיתוג נמוכים, RDS(on) נמוך, טמפרטורת פעולה גבוהה ותדירות מיתוג גבוהה. בזכות התכונות האלה התקני ההספק מבוססי סיליקון קרביד מתאימים לעמידה בדרישות הכי מחמירות ברכב.

פתרונות הספק שמבוססים על סיליקון קרביד הם יותר יעילים, שוקלים פחות ויותר קומפקטיים מאשר פתרונות מסורתיים מבוססי סיליקון. בהשוואה לחלופות מבוססות הסיליקון הטובות ביותר, טרנזיסטורי ההספק מסיליקון קרביד יכולים למתג בתדירויות גבוהות עד פי חמישה, עם מתחי שער גבוהים עד פי שניים. לכן התכנון של דרייבר של שער המבוסס על התקני סיליקון קרביד דורש תשומת לב רבה, במיוחד לגבי ההשפעות שנוצרות במצב המעבר, רמת הביצועים במצב הולכה והקיבול הטפילי.

המאפיינים החשובים של סיליקון קרביד

לטרנזיסטורי הספק MOSFET שבנויים באמצעות טכנולוגיית סיליקון קרביד יש פער פסים רחב יותר מאשר לחלופות מבוססות סיליקון, והמשמעות של זה היא מתח פריצה גבוה יותר. למעשה, בסיליקון קרביד האלקטרונים צריכים פי שלושה יותר אנרגיה מאשר בסיליקון כדי לעבור מפס הערכות לפס ההולכה. זה מאפשר ל-MOSFET סיליקון קרביד לעמוד בעוצמת שדה פרץ של עד פי 10 גבוה יותר משווי הערך מסיליקון. יתרון נוסף שנובע מהתכונה הזאת הוא האפשרות להפחית במידה עצומה את העובי של התעלה, עם הפחתה כתוצאה מכך ב-RDS(on).

MOSFET סיליקון קרביד גם מתנהג באופן שונה בפאזת הרוויה, ואין מעבר מוגדר היטב בין מצבי ההולכה והרוויה. בעוד ש-MOSFET סיליקון יכול להיחשב כנמצא במצב של הולכה מוחלטת (מצב on) כאשר ה-VGS עולה על ערך סף מסוים (פועל כמקור זרם מבוקר מתח), ל-MOSFET סיליקון קרביד בדרך כלל יש מוליכות העברה נמוכה והוא מתנהג כמו התנגדות משתנה מבוקרת מתח. ההתנהגות המתוארת מוצגת באיור 1, שמשווה את מאפייני המוצא (בטמפרטורה נתונה) של MOSFET סיליקון קרביד ו-IGBT מבוסס סיליקון. שימו לב שבטרנזיסטור הסיליקון קרביד יש מעבר חלק בין מצבי ה-on ו-off, ואילו ב-IGBT המעבר הזה הרבה יותר חד.