Qual è la tendenza dell’utilizzo dei diodi nelle stazioni di ricarica per veicoli a nuova energia?

1, Iterazione tecnologica: aggiornamento dai tradizionali semiconduttori basati su silicio-a quelli con ampio gap di banda
I tradizionali diodi a base di silicio- dominano da tempo il mercato delle pile di ricarica grazie al loro basso costo e alla tecnologia matura. Tuttavia, con lo sviluppo di nuovi veicoli energetici verso l'alta tensione e l'alta potenza, il collo di bottiglia prestazionale dei diodi a base di silicio- sta diventando sempre più evidente. Ad esempio, nello scenario di ricarica rapida ad alta{5}}tensione da 800 V, l'elevata perdita di recupero inverso e la bassa frequenza di commutazione dei diodi a base di silicio-portano a una diminuzione dell'efficienza del sistema, mentre anche i problemi di stabilità in ambienti ad alta-temperatura ne limitano l'applicazione.

L’avvento di materiali semiconduttori ad ampio gap di banda come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN) ha fornito una nuova direzione per l’aggiornamento della tecnologia dei diodi. Prendendo come esempio i diodi SiC Schottky, essi presentano i seguenti vantaggi:

Bassa resistenza: l'intensità critica del campo di rottura del materiale SiC è 10 volte quella del silicio, che può ottenere uno strato di deriva più sottile, riducendo così la resistenza e la perdita di energia.
Caratteristiche di commutazione ad alta frequenza: il tempo di recupero inverso (t_rr) dei diodi SiC è vicino allo zero, aumentando significativamente la frequenza di commutazione e adattandosi ai requisiti dei moduli di ricarica ad alta-frequenza.
Resistenza alle alte temperature: i dispositivi SiC possono funzionare stabilmente in ambienti superiori a 200 gradi, riducendo la complessità della progettazione della dissipazione del calore e migliorando l'affidabilità del sistema.
Secondo le previsioni degli istituti di ricerca di mercato, la dimensione del mercato globale dei diodi SiC supererà i 3 miliardi di dollari entro il 2026, con un tasso di crescita annuo composto del 15%, di cui il campo delle pile di ricarica rappresenterà oltre il 30%. Imprese nazionali come Silanwei e Yangjie Technology hanno raggiunto la produzione di massa di diodi Schottky SiC e hanno gradualmente introdotto scenari ad alto valore-aggiunto come pile di ricarica e OBC (caricabatterie di bordo).

2, Innovazione dei materiali: ottimizzazione collaborativa della tecnologia di imballaggio e progettazione della dissipazione del calore
Il miglioramento delle prestazioni dei diodi non si basa solo sull’innovazione dei materiali, ma richiede anche l’ottimizzazione collaborativa della tecnologia di confezionamento e della progettazione della dissipazione del calore. Nell'applicazione delle stazioni di ricarica, i diodi devono resistere a condizioni difficili come corrente elevata, alta tensione e commutazione ad alta-frequenza e le forme di imballaggio tradizionali (come DO-41, TO-220) non sono più in grado di soddisfare i requisiti. Attualmente, l’industria sta accelerando la sua evoluzione verso le seguenti direzioni:

Packaging compatto: DFN (double{0}}flat flat no pin), SODFL (small patch diode) e altre forme di packaging sono diventate la scelta preferita per layout PCB ad alta-densità grazie alle dimensioni ridotte e ai bassi parametri parassiti. Ad esempio, i diodi packaged DFN possono ridurre le dimensioni del dispositivo a 1/5 rispetto ai prodotti tradizionali, migliorando al contempo l'efficienza di dissipazione del calore.
Imballaggio ad alta dissipazione del calore: per i moduli di ricarica ad alta-potenza, le aziende migliorano la conduttività termica dei diodi utilizzando materiali come substrati di rame e imballaggi in ceramica. Ad esempio, un diodo SiC incapsulato in ceramica sviluppato da una determinata azienda può ridurre l'aumento di temperatura di 40 gradi e migliorare l'efficienza del sistema del 2% rispetto ai tradizionali dispositivi basati su silicio- in uno scenario di ricarica ultraveloce da 350 kW.
Design integrato: integra più unità diodi in un singolo modulo o impacchettale insieme al MOSFET e al circuito di comando per formare un complesso di dispositivi di potenza (come il modulo IPM), che può semplificare la progettazione del circuito, ridurre l'induttanza parassita e migliorare l'affidabilità del sistema.
3, Espansione dello scenario applicativo: dal modulo di ricarica alla protezione della catena completa
Con l'aggiornamento della tecnologia delle stazioni di ricarica, gli scenari applicativi dei diodi si estendono dai tradizionali moduli di ricarica all'intera catena, coprendo molteplici aspetti come la gestione dell'energia, la compatibilità elettromagnetica (EMC) e la protezione della sicurezza.

Gestione dell'alimentazione: nei circuiti PFC (correzione del fattore di potenza), i diodi a recupero rapido combinati con MOSFET SiC possono raggiungere un'elevata-efficienza e una conversione di energia a bassa armonica, soddisfacendo i requisiti dello standard IEC 61000-3-2.
Compatibilità elettromagnetica: i diodi TVS (soppressione della tensione transitoria), con la loro velocità di risposta nell'ordine dei nanosecondi, possono sopprimere efficacemente le sovratensioni generate quando le stazioni di ricarica sono collegate ai veicoli, proteggendo il circuito a valle da eventuali danni. Ad esempio, un diodo TVS da 5 kW sviluppato da una determinata azienda ha una precisione della tensione di bloccaggio di ± 5% e una maggiore capacità di assorbimento dei picchi di 10 kA.
Protezione di sicurezza: all'interfaccia della pistola di ricarica, la serie di diodi può formare circuiti di protezione anti-inversione e sovratensione/sovracorrente per prevenire danni alle apparecchiature causati da un funzionamento errato. Ad esempio, il sistema di ricarica di un determinato modello di automobile utilizza diodi TVS bidirezionali per bloccare la tensione inversa entro un intervallo sicuro, evitando il rischio di sovraccaricare la batteria.