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Aug 03, 2023

Dai Gate Drivers a E

After an unprecedented year of sales in 2022, demand for electric vehicles is

Dopo un anno di vendite senza precedenti nel 2022, si prevede che la domanda di veicoli elettrici aumenterà in futuro. Mentre i prezzi del gas salgono a livelli astronomici, i veicoli elettrici offrono un’alternativa economica e sostenibile.

Con l’aumento della domanda di questi veicoli, i progettisti hanno il compito di lavorare con componenti elettrici in grado di commutare l’alta tensione in modo rapido, sicuro ed efficiente. Di seguito è riportato un riepilogo di alcuni componenti e strumenti recentemente rilasciati per aiutare i progettisti a soddisfare i severi requisiti di sicurezza, efficienza e prestazioni dei futuri progetti di veicoli elettrici.

Recentemente, Texas Instruments ha introdotto il gate driver SiC UCC5880-Q1 per IGBT e inverter di trazione per veicoli elettrici. Il gate driver isola il circuito del motore ad alta tensione collegato all'uscita dell'inverter di trazione dai componenti elettrici a bassa tensione vicini all'ingresso. Senza isolamento, un picco di corrente causato dalle alte tensioni utilizzate nei circuiti del motore potrebbe danneggiare gravemente i componenti a bassa tensione.

Una delle innovazioni chiave dell'UCC5880 è anche l'interfaccia di comunicazione SPI bidirezionale. Ciò consente al sistema di variare la forza di azionamento (e di conseguenza la velocità di risposta del SiC) e di ottimizzare l'efficienza complessiva e la velocità di commutazione gestendo il superamento transitorio del gate.

TI sostiene che, poiché l'UCC5880 consente ai progettisti di variare la forza del gate drive in tempo reale tra 20 A e 5 A, l'efficienza del sistema può migliorare fino al 2%. Questa efficienza può portare a un veicolo elettrico in grado di percorrere sette miglia in più con una carica della batteria e 1.000 miglia in più all’anno per un conducente di veicoli elettrici che ricarica la propria auto tre volte alla settimana.

Microchip punta all'efficienza della progettazione dei veicoli elettrici con un diverso approccio basato sul SiC. La scheda dimostrativa E-Fuse dell'azienda utilizza le capacità di commutazione rapida del SiC per interrompere le correnti di guasto in microsecondi (circa 100-500 volte più velocemente delle tecniche meccaniche) a causa della sua natura a stato solido ad alta tensione. Questo tempo di risposta rapido mitiga i guasti gravi riducendo le correnti di cortocircuito di picco da decine di kiloampere a centinaia di ampere. Il dimostratore è disponibile in sei varianti per sistemi di batterie da 400 V–800 V con una corrente nominale di 30 A.

Secondo Microchip, i progettisti possono aggirare le limitazioni legate alla progettazione in funzione della manutenzione grazie alle funzionalità di ripristino di E-Fuse Demonstrator. Queste caratteristiche semplificano l’imballaggio del veicolo per una migliore distribuzione del sistema di alimentazione BEV/HEV. Il dimostratore include anche un'interfaccia di comunicazione LIN (Local Interconnect Network) integrata per accelerare i tempi di sviluppo per usi ausiliari basati su SiC. Con questa interfaccia installata, i progettisti possono accedere allo stato diagnostico e configurare le caratteristiche di intervento per sovracorrente senza modificare alcun componente hardware.

Anche Onsemi si sta concentrando sull’efficienza dei veicoli elettrici, con un nuovo portafoglio di prodotti SiC che mira a gestire fino a 1200 V, un aumento significativo rispetto alle famiglie di prodotti precedenti. In questo nuovo portafoglio sono inclusi MOSFET EliteSiC e moduli per velocità di commutazione più elevate comuni nei caricabatterie di bordo per veicoli elettrici da 800 V e nei casi d'uso delle infrastrutture energetiche. Questi includono sistemi solari e di accumulo di energia e ricarica di veicoli elettrici.

Onsemi sta guardando anche alle applicazioni industriali con il suo nuovo portafoglio, ovvero con i nuovi dispositivi EliteSiC M3S in moduli integrati di potenza half-bridge con un "RDS(on) più basso leader del settore". I dispositivi sono descritti come "altamente integrati" e includono progetti in rame con collegamento diretto per bilanciare la condivisione della corrente e la distribuzione termica tra interruttori paralleli, una caratteristica desiderabile negli stadi di conversione ad alta potenza CC-CA, CA-CC e CC-CC.

I MOSFET EliteSiC da 1200 V sono qualificati per il settore automobilistico e realizzati per convertitori CC-CC da alta a bassa tensione e caricabatterie di bordo ad alta potenza fino a 22 kW.

Diverse proprietà del SiC (carburo di silicio) lo rendono adatto per applicazioni su veicoli elettrici rispetto ad altri composti semiconduttori. Questi includono l'elevata conduttività termica, la tensione di rottura, l'energia bandgap e la mobilità degli elettroni. L'elevata tensione di rottura e l'energia gap di banda del SiC lo rendono adatto per progetti ad alta tensione, mentre una migliore mobilità degli elettroni e conduttività termica consentono velocità di commutazione e trasferimento di calore più rapidi.