Primene

Promenljiva frekvencija pogona (VFD) široko se koristi u industrijskim i automobilskim oblastima. Ključna tehnologija je visokofrekventna modulacija širine impulsa (PWM) pomoću poluprovodničkih prekidača. Glavno, inverteri sa dvostrukim nivoima koji rade na frekvenciji prekidača u opsegu od 4 do 16 kHz generišu trifazne sinusne osnovne napredne napredne stružne napone ili struže da bi pokreli motove. Za bus napon od 400V i više, IGBT prevladava u primeni. Sa pojavom širokog pruznog SiC MOSFET-a, izuzetna prekidna performansa uređaja brzo privlači pažnju na razvoj pogona motora. SiC MOSFET može smanjiti prekidnu gubitku za oko 70% u odnosu na svoje protivnice Si IGBT ili postići istu efikasnost pri skoro 3x većoj frekvenciji prekidača. SiC MOSFET-i, koji se ponašaju kao otpor, nemaju pad napona PN čvarova IGBT-a, što smanjuje provodnu strat, posebno pri laganim opterećenjima. S većim PWM frekvencijama i dostizanjem većih osnovnih frekvencija pogona motora, motor može biti dizajniran sa većim brojem polova kako bi se smanjio veličina motora. Osmopolni motor može smanjiti veličinu za 40% u odnosu na dvopolni motor iste snage. Visoka frekvencija prekidača omogućava gusti dizajn motora. Ove performanse pokazuju ogroman potencijal SiC MOSFET-a u primenama visoke brzine, visoke efikasnosti i gustog pogona motora. Uspešna primena SiC MOSFET-a u Tesli Model 3 označava početak ere pogona motora baziranih na SiC-u. Tendencija je jaka da će SiC MOSFET-i prevladati u primenama trakcijskog automobila, posebno kod vozila sa baterijom od 800V i da dobiju više uloga u visokokvalitetnim industrijskim primenama.

Da bi se potpuno iskoristilo prednost SiC MOSFET-a, brzina prebacivanja (dv/dt) i frekvencija prebacivanja treba da se povećaju za jedan red veličine ili više u odnosu na trenutna rešenja bazirana na IGBT-ovima. Nazadnje, napredak SiC MOSFET uređaja je još uvijek ograničen trenutnom motor tehnologijom i strukturom sistema pogona. Većina motora ima visoku induktivnu vrednost zavojnica i veliku parasitnu kapacitetu. Kabel od tri faze koji spaja motor sa inverterom stvara LC krug, kao što je prikazano u nastavku. Visoka dv/dt napetost na izlazu invertera može pobuditi LC krug i napetosni pik na terminalima motora može biti dva puta veći od napetosti na izlazu invertera. To dodatno stavlja značajan stres na motor zavojnice.

Kada je inverter direktno povezan na motor, oscilacije napona kabele više ne postoje. Međutim, brzi promeni napona dv/dt će biti direktno primenjeni na vitlovinu, kao što je prikazano ispod, što može ubrzati starenje vitlovine. Pored toga, visoki promeni napona dv/dt mogu izazvati tok u ložnim krugovima i prouzročiti eroziju i prekasno oštećenje ložnih krugova.

Još jedan mogući problem je elektromagnetska interferencija (EMI). Visoki dv/dt i visoki di/dt mogu izazvati veće emisije elektromagnetske interferencije. Sve dizajne moraju uzeti u obzir ove efekte za rešenja bazirana na IGBT i SiC.

Да би се смањиле ове проблеме, развијене су различите технике. Ако мотор и инверторски покретач морају бити одвојени, филтер са dv/dt ивицама или синусоидни филтер је ефикасно решење, али са неким додатним трошковима. Сам дизајн мотора се побољшавао од када су ИГБТ инвертори постали комерцијално доступни. Уз боље изоловане магнетне жице и побољшану структуру намотавања и методе штитиња, мотори су значајно побољшали способност управљања dv / dt од неколико В / нс у почетку и на крају ће достићи циљ од 40-50 В / нс. Инвертери на бази СиЦ су веома ефикасни, а ефикасност обично достиже 98,5% на 40kHz и 99% на 20kHz. Због губитка возача, интегрисани моторни погон постаје изводљив и атрактивно системско решење, које елиминише све каблове и терминалне везе и смањује величину и цену система. Потпуно затворен инверторски покретач и мотор је ефикасан начин за смањење емисије ЕМИ. Тренутна струја може се заобићи кратким прекидом вала мотора до статора узземљеним пружином или четком. Компактни високо ефикасни, лагатни и интегрисани мотори се широко користе у индустријским роботима, ваздушним и подводним дроновима итд.

Поред смањења величине система покретања, СиЦ МОСФЕТ-ови омогућавају и покретање високих брзина. Високобрзачки покретачи су добили све већи интерес у аутомобилској, ваздухопловној индустрији, вртљачима, пумпама и компресорима. Високобрзачки приводи су постали најновија технологија за неке од горе поменутих примена, док је у неким нишама примена високобрзачких приводи повећала перформансе и могућности у смислу квалитета производа и иновација производа.

Интегрисане апликације за покретање

Да би се обезбедио глатки синусоидни покрет, фреквенција преласка ВФД-а мора бити најмање 50 пута већа од фреквенције променљиве струје. Стога, фреквенција преласка, пар стубова и брзине мотора имају следећи однос:

f_PWM = 50∙ Поларни пар ∙ обрт / 60

Наиме, за уобичајени 4-полни мотор, да би се достигло 10 крмм, f_PWM мора бити 16,6 кХз, што је око максималне IGBT преусмијевачке фреквенције. Стога, за било коју брзину мотора изнад 10 крм/мин, SiC MOSFET-ови постају преферирана или једина валидна опција. Да би се повећала густина мотора, број парова полова се обично повећава, што захтева још већу фреквенцију преласка ПВМ. Примена СиЦ-а би покренула ново побољшање и иновације у дизајну мотора.