Wat is de trend in het gebruik van diodes in laadstations voor nieuwe energievoertuigen?

1, Technologische iteratie: Upgraden van traditioneel silicium-gebaseerd op halfgeleiders met een brede bandafstand
Traditionele op silicium-gebaseerde diodes domineren lange tijd de markt voor oplaadpalen vanwege hun lage kosten en volwassen technologie. Met de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen richting hoge spanning en hoog vermogen wordt het prestatieknelpunt van op silicium-gebaseerde diodes echter steeds prominenter. In het snellaadscenario met 800 V hoog-spanning leiden het hoge omgekeerde herstelverlies en de lage schakelfrequentie van op silicium-gebaseerde diodes bijvoorbeeld tot een afname van de systeemefficiëntie, terwijl stabiliteitsproblemen in omgevingen met hoge- temperaturen ook de toepassing ervan beperken.

De opkomst van halfgeleidermaterialen met een grote bandafstand, zoals siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN), heeft een nieuwe richting gegeven voor het upgraden van de diodetechnologie. Als we SiC Schottky-diodes als voorbeeld nemen, hebben ze de volgende voordelen:

Lage weerstand: De kritische doorslagveldsterkte van SiC-materiaal is 10 keer die van silicium, waardoor een dunnere driftlaag kan worden bereikt, waardoor de weerstand en het energieverlies worden verminderd.
Hoogfrequente schakelkarakteristieken: de omgekeerde hersteltijd (t_rr) van SiC-diodes is bijna nul, waardoor de schakelfrequentie aanzienlijk toeneemt en zich aanpast aan de vereisten van hoogfrequente laadmodules.
Bestand tegen hoge temperaturen: SiC-apparaten kunnen stabiel werken in omgevingen boven de 200 graden, waardoor de complexiteit van het ontwerp van de warmteafvoer wordt verminderd en de systeembetrouwbaarheid wordt verbeterd.
Volgens de voorspellingen van marktonderzoeksinstituten zal de mondiale marktomvang van SiC-diodes in 2026 de 3 miljard dollar overschrijden, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 15%, waarvan het laadpaalveld ruim 30% voor zijn rekening zal nemen. Binnenlandse bedrijven zoals Silanwei en Yangjie Technology hebben massaproductie van SiC Schottky-diodes gerealiseerd en geleidelijk scenario's met hoge toegevoegde waarde- geïntroduceerd, zoals oplaadpalen en OBC (on-boordladers).

2, Materiaalinnovatie: gezamenlijke optimalisatie van verpakkingstechnologie en ontwerp van warmteafvoer
De verbetering van de prestaties van diodes is niet alleen afhankelijk van materiaalinnovatie, maar vereist ook gezamenlijke optimalisatie van verpakkingstechnologie en ontwerp van warmteafvoer. Bij de toepassing van laadstations moeten diodes bestand zijn tegen zware omstandigheden zoals hoge stroom, hoge spanning en hoge- schakeling, en traditionele verpakkingsvormen (zoals DO-41, TO-220) kunnen niet langer aan de eisen voldoen. Momenteel versnelt de industrie haar evolutie in de volgende richtingen:

Compacte verpakking: DFN (dubbel-zijdig plat, geen pinnen), SODFL (kleine patchdiode) en andere verpakkingsvormen zijn de voorkeurskeuze geworden voor PCB-lay-outs met hoge-dichtheid vanwege hun kleine formaat en lage parasitaire parameters. Met DFN-verpakte diodes kunnen de apparaatgrootte bijvoorbeeld worden teruggebracht tot 1/5 van die van traditionele producten, terwijl de efficiëntie van de warmteafvoer wordt verbeterd.
Verpakking met hoge warmteafvoer: voor oplaadmodules met hoog-vermogen verbeteren bedrijven de thermische geleidbaarheid van diodes door materialen zoals kopersubstraten en keramische verpakkingen te gebruiken. Een in keramiek ingekapselde SiC-diode die door een bepaalde onderneming is ontwikkeld, kan bijvoorbeeld de temperatuurstijging met 40 graden verminderen en de systeemefficiëntie met 2% verbeteren in vergelijking met traditionele, op silicium- gebaseerde apparaten in een ultrasnel oplaadscenario van 350 kW.
Geïntegreerd ontwerp: integreer meerdere diode-eenheden in een enkele module, of verpak ze samen met MOSFET en aandrijfcircuit om een ​​vermogensapparaatcomplex te vormen (zoals een IPM-module), dat het circuitontwerp kan vereenvoudigen, parasitaire inductie kan verminderen en de systeembetrouwbaarheid kan verbeteren.
3, Uitbreiding van toepassingsscenario's: van laadmodule tot volledige ketenbescherming
Met de modernisering van de laadstationtechnologie breiden de toepassingsscenario's van diodes zich uit van traditionele laadmodules naar de hele keten, waarbij meerdere aspecten worden bestreken, zoals energiebeheer, elektromagnetische compatibiliteit (EMC) en veiligheidsbescherming.

Energiebeheer: In PFC-circuits (Power Factor Correction) kunnen snelle hersteldiodes in combinatie met SiC MOSFET's een hoge-efficiëntie en lage harmonische energieconversie bereiken, wat voldoet aan de vereisten van de IEC 61000-3-2-norm.
Elektromagnetische compatibiliteit: TVS-diodes (transient voltage suppression) kunnen met hun responssnelheid van nanoseconden effectief overspanningen onderdrukken die worden gegenereerd wanneer laadstations op voertuigen worden aangesloten, waardoor het stroomafwaartse circuit tegen schade wordt beschermd. Een TVS-diode van 5 kW, ontwikkeld door een bepaalde onderneming, heeft bijvoorbeeld een klemspanningsnauwkeurigheid van ± 5% en een verhoogde piekabsorptiecapaciteit van 10 kA.
Veiligheidsbescherming: Bij de laadpistoolinterface kan de diode-array anti-reverse- en overspannings-/overstroombeveiligingscircuits vormen om schade aan apparatuur veroorzaakt door verkeerde bediening te voorkomen. Het laadsysteem van een bepaald automodel maakt bijvoorbeeld gebruik van bidirectionele TVS-diodes om de sperspanning binnen een veilig bereik te houden, waardoor het risico van overladen van de accu wordt vermeden.