Wolfspeed получает “Оскар”

28.11.2016 |
7

Компания Wolfspeed, подразделение корпорации CREE, номинирована и победила в престижном конкурсе 2016 R&D 100 Award, часто называемом “Оскаром для изобретателей”. Созданный компанией инвертор на основе широкополосной полупроводниковой технологии признан одной из лучших разработок 2016 года.

Компания Wolfspeed широко известна, как производитель лучших в своем классе полупроводниковых приборов на основе карбида-кремния – полупроводника с большой шириной запрещенной энергетической зоны. Ассортимент компании включает МОП-транзисторы, диоды Шоттки и силовые модули на их основе.

Именно на основе серийных силовых модулей CAS325M12HM2 инженерами компании был создан инвертор для электромобилей, который в разы превосходит показатели ныне эксплуатируемых устройств.

Разработки велись совместно с Североамериканским исследовательским институтом корпорации Toyota, Национальной лабораторией США по разработке возобновляемых источников энергии, Центром надежной энергопередачи Университета штата Арканзас и Департаментом мобильных энергетических технологий Министерства энергетики США.

Целью разработки было создание более компактного, легкого устройства с высокой плотностью мощности и высоким КПД для электромобильного рынка. Данные для исследований были представлены корпорацией Toyota, в частности, богатый статистический материал по режимам работы инвертора в гибридах Toyota Prius.

Безусловно мы очень воодушевлены победой в конкурсе R&D 100 Award, ведь таким образом признание получило все направление полупроводниковой техники на основе карбида кремния,” – не упускает случая прорекламировать SiC-технологии Джон Пэлмор (John Palmour), главный технолог компании Wolfspeed. “Наш инвертор на широкополосных карбид-кремниевых полупроводниках стал первым устройством с такими характеристиками, созданным с применением типовых силовых модулей, выпускаемых серийно. Увеличив плотность мощности при уменьшении размеров устройства мы способствуем совершенствованию конструкции гибридных и электромобилей, повышаем их привлекательность в глазах конечных пользователей, способствуем уменьшению потребления горючего и выбросов в атмосферу парниковых газов. Это значимый результат для нас. Кроме того, работая совместно с промышленными лидерами, мы создали нечто действительно значимое для автомобильного рынка“.

Электромобильные инверторы используются для преобразования энергии аккумуляторов в трехфазный переменный ток, которым запитываются один или несколько электромоторов электромобиля или гибридного автомобиля. Устройство, работающие под капотом, подвергаются серьезному воздействию температурных перепадов, особенно в гибридах, где электромоторы соседствуют с ДВС. Ныне используемые инверторы на основе кремниевых технологий довольно громоздки, тяжелы и дорогостоящи.

Wolfspeed предложил альтернативу на основе широкополосных карбид-кремниевых полупроводников. В основе схемы нового инвертора используются три стандартных силовых модуля CAS325M12HM2 номиналами 1200 В, 325 А. Каждый модуль представляет собой полумостовую схему на двух полевых транзисторах C2M MOSFET и двух диодах Z-RecTM. Модули предназначены для работы в жестких условиях при температурах до 140 °С.

Сочетание инновационных полупроводниковых технологий и изощренного схемного и пространственного дизайна (фильтры и защиты, цепи контроля, сигнализации и управления, а также кабельная разводка, система теплоотвода и электромагнитный экран) позволили получить действительно прорывные характеристики нового устройства.

Судите сами. Новый инвертор способен работать при температуре 125 °С (против 105 °С у ныне существующих), способен передавать до 81,8 кВт мощности против 55 кВт, требуемых Министерством энергетики США, при КПД до 99% против требуемых 93%.

Кстати, да… а при чем здесь Министерство энергетики США и почему в работе принимали участие исследовательские лаборатории из сектора “зеленой энергетики”? Все очень просто. Уже сегодня электромобили рассматриваются не только как средство передвижения, но и как часть будущей энергосистемы, позволяющая балансировать пики энергопотребления. Фантастика? Да, выглядит как

фантастика, но сегодня скорость инноваций такова, что… Ведущие индустриальные страны уже на пороге внедрения C2G (систем Car-to-Grid, балансирующих суточные пики энергопотребления за счет перетока мощности между энергосистемами и полчищами электромобилей). Так что, интерес энергетиков к новинке Wolfspeed совсем не праздный.

Новые инверторы значительно компактнее и легче предшественников. Скажем, вес одного из лучших современных инверторов составляет 14,06 кг, в то время, как новичок весит всего 4,3 кг. Плотность мощности (мощность к объему) нынешних инверторов достигает 3,2 кВт/л. А вот новинка уже превысила уровень, запланированный Министерством энергетики США на 2020 год – 18,6 кВт/л!

Ко всему прочему, новый инвертор не требует дополнительных радиаторов теплоотвода и использует для теплоотвода первичный контур, используемый двигателем.

Конкурс R&D 100 Awards  проводится ежегодно с 1963 года и “Оскар для изобретателей” уже стал его вторым названием, неофициальным. Полсотни независимых экспертов оценивают важность новых разработок в пяти областях: измерительные приборы, IT и электрооборудование, механические устройства и материалы, процессы и прототипирование, программное обеспечение и услуги. С каждым годом темпы разработки инновационных продуктов растут, и жюри все труднее отбирать победителей из все увеличивающегося количества претендентов. В 2016-м продукция Wolfspeed  заняла место среди 100 лучших разработок прошедшего года.

Спецификация силовых модулей CAS325M12HM2

За консультациями по применению современных компонентов в системах электропитания обращайтесь в департамент электронных компонентов компании VD MAIS – официального дистрибьютора продукции CREE в Украине.