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Aug 03, 2023

Des pilotes de porte à E

Après une année de ventes sans précédent en 2022, la demande de véhicules électriques est

Après une année de ventes sans précédent en 2022, la demande de véhicules électriques ne devrait qu'augmenter à l'avenir. Alors que les prix de l'essence atteignent des niveaux astronomiques, les véhicules électriques offrent une alternative à la fois économique et durable.

À mesure que la demande pour ces véhicules augmente, les concepteurs sont chargés de travailler avec des composants électriques capables de commuter des hautes tensions rapidement, en toute sécurité et efficacement. Vous trouverez ci-dessous un aperçu de certains composants et outils récemment publiés pour aider les concepteurs à répondre aux exigences strictes de sécurité, d'efficacité et de performances des conceptions de véhicules électriques à venir.

Récemment, Texas Instruments a présenté le pilote de grille SiC UCC5880-Q1 pour les IGBT et les onduleurs de traction pour les véhicules électriques. Le pilote de grille isole les circuits du moteur haute tension connectés à la sortie de l'onduleur de traction des composants électriques basse tension près de l'entrée. Sans isolation, une pointe de courant causée par les hautes tensions utilisées dans les circuits du moteur pourrait gravement endommager les composants basse tension.

L'une des principales innovations de l'UCC5880 est également l'interface de communication SPI bidirectionnelle. Cela permet au système de faire varier la force d'entraînement (et par conséquent la vitesse de balayage du SiC) et d'optimiser l'efficacité globale et la vitesse de commutation en gérant le dépassement transitoire de la porte.

TI affirme que parce que l'UCC5880 permet aux concepteurs de faire varier la force de commande de grille en temps réel entre 20 A et 5 A, l'efficacité du système peut s'améliorer jusqu'à 2 %. Cette efficacité peut se traduire par un véhicule électrique capable de parcourir sept kilomètres de plus avec une charge de batterie et 1 000 kilomètres de plus par an pour un conducteur de véhicule électrique chargeant sa voiture trois fois par semaine.

Microchip vise l'efficacité de la conception des véhicules électriques avec une approche différente basée sur le SiC. La carte de démonstration E-Fuse de la société utilise les capacités de commutation rapide du SiC pour interrompre les courants de défaut en quelques microsecondes (environ 100 à 500 fois plus rapides que les techniques mécaniques) en raison de sa nature à semi-conducteurs haute tension. Ce temps de réponse rapide atténue les défaillances matérielles en réduisant les courants de court-circuit de crête de dizaines de kiloampères à des centaines d'ampères. Le démonstrateur est disponible en six variantes pour les systèmes de batterie 400 V–800 V avec un courant nominal de 30 A.

Selon Microchip, les concepteurs peuvent contourner les limitations de conception pour la facilité d'entretien grâce aux fonctions de réinitialisation du démonstrateur E-Fuse. Ces caractéristiques rationalisent l'emballage du véhicule pour une meilleure distribution du système d'alimentation BEV/HEV. Le démonstrateur comprend également une interface de communication LIN (Local Interconnect Network) intégrée pour accélérer le temps de développement des utilisations auxiliaires à base de SiC. Avec cette interface en place, les concepteurs peuvent accéder à l'état de diagnostic et configurer les caractéristiques de déclenchement de surintensité sans changer aucun composant matériel.

Onsemi se concentre également sur l'efficacité des véhicules électriques, avec un nouveau portefeuille de produits SiC qui vise à gérer jusqu'à 1200 V, une augmentation significative par rapport aux familles de produits précédentes. Ce nouveau portefeuille comprend des MOSFET EliteSiC et des modules pour des vitesses de commutation plus élevées, courants dans les chargeurs embarqués 800 V EV et les cas d'utilisation des infrastructures énergétiques. Il s'agit notamment des systèmes de stockage solaire et d'énergie et de la recharge des véhicules électriques.

Onsemi envisage également des applications industrielles avec son nouveau portefeuille, à savoir les nouveaux dispositifs EliteSiC M3S dans des modules intégrés de puissance en demi-pont avec un « RDS(on) le plus bas de l'industrie ». Les dispositifs sont décrits comme "hautement intégrés" et comprennent des conceptions en cuivre à liaison directe pour équilibrer le partage de courant et la distribution thermique entre les commutateurs parallèles, une caractéristique souhaitable dans les étages de conversion haute puissance DC-AC, AC-DC et DC-DC.

Les MOSFET EliteSiC 1200 V sont qualifiés pour l'automobile et conçus pour les convertisseurs CC-CC haute-basse tension et les chargeurs embarqués haute puissance jusqu'à 22 kW.

Plusieurs propriétés du SiC (carbure de silicium) le rendent adapté aux applications de véhicules électriques par rapport à d'autres composés semi-conducteurs. Ceux-ci incluent sa conductivité thermique élevée, sa tension de claquage, son énergie de bande interdite et sa mobilité électronique. La tension de claquage élevée et l'énergie de bande interdite du SiC le rendent idéal pour les conceptions haute tension, tandis qu'une meilleure mobilité des électrons et une meilleure conductivité thermique permettent des vitesses de commutation et un transfert de chaleur plus rapides.

Ces avantages en termes de performances sont importants compte tenu du nombre de systèmes haute tension dans un véhicule électrique : considérez la batterie CC haute tension, un moteur CA pour entraîner les roues, des composants électriques CC pour les caractéristiques intérieures et extérieures (telles que le système d'infodivertissement et les phares) , et un système de refroidissement thermique. Dans de tels systèmes, un convertisseur abaisseur CC-CC abaisse la tension élevée de la batterie principale pour d'autres composants CC à basse tension. Un onduleur de traction convertit la tension continue de la batterie en une tension alternative pour le moteur. Et un onduleur de traction avec des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) peut commuter rapidement et convertir le courant continu en courant alternatif.

Enfin, tous les circuits haute tension du système nécessitent une protection car la tension continue de la batterie est généralement très élevée (> 400 V). Une condition de court-circuit pourrait causer de graves dommages à ce système sans une telle protection.

Avec ces contraintes strictes à l'esprit, il n'est pas étonnant que les fabricants de semi-conducteurs comme TI, Microchip et Onsemi ciblent le SiC, qu'ils développent des MOSFET haute tension ou des outils de démonstration pour les tests.