Nachhaltigkeit bei EV/HEV-Antriebssträngen

Mehr als je zuvor wächst die Nachfrage nach energieeffizienten Fahrzeugen, was Ingenieure, die Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge entwickeln, vor neue Herausforderungen stellt und zugleich neue Perspektiven eröffnet. Angesichts neuer Fortschritte in der Siliziumkarbid-Technologie (SiC) lassen sich nun zuverlässige, robuste Umrichter für elektrische Antriebsstränge ohne Kompromisse bei der Effizienz oder Nachhaltigkeit entwickeln.

Die Nachfrage nach EV/HEV-Stromversorgungskomponenten

Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen (EVs) und Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) wächst schnell, da immer mehr Menschen sich mit den Umweltauswirkungen ihrer Transportmittel befassen. Für die stetige Weiterentwicklung von EV/HEV-Designs sind zuverlässige und nachhaltige Stromversorgungskomponenten für mehrere Systeme eines typischen EV/HEV, darunter dem Antriebsstrang, unverzichtbar.

Herausforderungen elektrischer Antriebsstränge

Design und Entwicklung elektrischer Antriebsstränge für EVs und HEVs umfasst mehrere signifikante Herausforderungen: Die Komponenten müssen robust, extrem zuverlässig und zugleich nachhaltig sein. Die Belastungen umfassen üblicherweise extrem hohe Temperaturen, Hochspannung und hohe Luftfeuchtigkeit.

Der Wechselrichter, der den Gleichstrom einer Hybridbatterie in Wechselstrom für den Antriebsstrang wandelt, ist nur eine der Schlüsselkomponenten bei EV- und HEV-Fahrzeugen. Für ein tatsächlich nachhaltiges EV/HEV muss die Stromwandlung so effizient wie möglich erfolgen.

SiC-basierte MOSFETs für Wechselrichter

Herkömmliche Wechselrichter werden auf Basis von Silizium-IGBTs entwickelt, die sich von MOSFETs unterscheiden. Man könnte sagen: „EV-Wechselrichter benötigen Halbleiter mit hohen Spannungs- und Stromkapazitäten. Herkömmlich wurden diese Systeme auf Basis von Silizium-IGBTs entwickelt; Siliziumkarbid-MOSFETs übertreffen diese jedoch hinsichtlich der wichtigsten Designanforderungen moderner elektrischer Antriebsstränge.

Siliziumkarbid ist eine Technologie mit breiter Bandlücke; das bedeutet, dass seine inhärenten Materialeigenschaften einen sicheren Betrieb bei hohen Spannungen und Temperaturen ermöglichen. SiC MOSFETs eignen sich daher ideal für die Systemanforderungen moderner Antriebsstrang-Wechselrichter hinsichtlich Effizienz und Robustheit. Diese Vorteile gegenüber herkömmlicher Siliziumtechnologie ermöglichen eine höhere Reichweite und im Endeffekt ein nachhaltigeres Elektrofahrzeug.

650 V SiC MOSFET-Familie

Die neue Wolfspeed 650 V SiC MOSFET-Familie bietet hochgradig effiziente Lösungen mit hoher Leistungsdichte, die im Betrieb eine sehr kühle Temperatur aufweisen. Eine kühl betriebene Stromversorgungskomponente steigert die allgemeine Systemeffizienz und reduziert die Komponentenanzahl, da zusätzliche Kühlsysteme kleiner ausgelegt werden können oder ganz entfallen. Jedes dieser Merkmale verbessert die Nachhaltigkeit und ist ein überzeugender Grund zur Nutzung in Stromwechselrichtern.

Wolfspeed und SiC MOSFETs

Die kontinuierliche Evolution des SiC MOSFET hat es Ingenieuren ermöglicht, Antriebsstrang-Wechselrichter zu entwickeln, die robust genug sind, hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit zu widerstehen und zudem höhere Spannungsbereiche und schnellere Schaltgeschwindigkeiten als Si-Komponenten bieten. Wolfspeed weist über dreißig Jahre Erfahrung bei der Entwicklung von Stromversorgungslösungen auf, darunter mit Siliziumkarbid-Komponenten, die das Designziel von EV/HEV und erneuerbare Energien unterstützen. Wolfspeed hat bereits die dritte Generation von SiC MOSFETs entwickelt. Bei der Suche nach zuverlässigen, nachhaltigen Stromversorgungskomponenten und -Lösungen für EV/HEV-Antriebsstränge können Ihnen die Wolfspeed-Experten weiterhelfen.

Produkt- und Referenzdesignlösungen

Referenz-Designs

Lernen Sie die 650-V-SiC-MOSFETs, Zubehörteile und Referenzdesigns von Wolfspeed kennen, um mehr darüber zu erfahren, wie Ihnen die SiC-MOSFET-Technologie von Wolfspeed dabei helfen kann, bessere Produkte zu fertigen, die den Anforderungen modernster Geräte gewachsen sind.

Demonstration der 650-V-, 60 mΩ (C3M™)-SiC-MOSFETs von Wolfspeed in einem bidirektionalen 6,6-kW-Wandler für On-Board-Ladeanwendungen mit hoher Effizienz und Energiedichte Die Demo-Platine besteht aus einer bidirektionalen Totempfahl-PFC- (AC/DC) Stufe und einer isolierten bidirektionalen DC/DC-Stufe auf der Grundlage einer CLLC-Topologie mit variabler DC-Zwischenkreisspannung Durch die hohe Schaltfrequenz kann die Platine kleiner, leichter und insgesamt kosteneffektiver sein Die 6,6 kW High Power Density OBC-Demo-Platine von Wolfspeed akzeptiert Eingaben von 90‒265 V AC und bietet Ausgaben von 250‒450 V DC mit mehr als 96,5 % Effizienz im Lade- und im Inversionsmodus Die wichtigsten Anwendungsbereiche dieser Demo-Platine sind das Laden von Elektrofahrzeugen und die Energiespeicherung Zur Dokumentation gehören eine Stückliste, ein Schaltbild, das Platinenlayout und der Anwendungshinweis

Bewerten und optimieren Sie die stationäre und die schnelle Schaltleistung der Wolfspeed C3M™ SiC-MOSFETs und -Schottky-Dioden . Analysieren Sie die Evaluierungsplatine in vielfältigen Energieumwandlungstopologien, wie etwa Synchron/Asynchron, Aufwärts- oder Abwärtswandler, Half Bridge und Full Bridge (Beachten Sie: für die Full-Bridge-Topologie sind zwei Evaluierungskits erforderlich) Die Platine bietet Anschlussbelegungen für TO-247-Pakete von C3M™ SiC-MOSFETs mit 3 und 4 Leitungsdrähten . Kompatibel mit den TO-247- und TO-220-SiC-Schottky-Dioden-Paketen Der Betrieb der Evaluierungsplatine in Abwärts- oder Aufwärtswandlertopologien erfordert keinen zusätzlichen Kondensator Zwei (2) dedizierte Gate-Treiber auf der Platine für jedes C3M™ SiC-MOSFET verfügbar Einschließlich (2) 1200-V-, 75-mΩ-C3M™ SiC-MOSFETs in einem TO-247-4-Paket mit der Testhardware

Demonstration der 650-V-, 60-mΩ (C3M™)-SiC-MOSFETs von Wolfspeed in einem 6,6-kW-Hochfrequenz-DC-DC-Wandler für Anwendungen mit hoher Energiedichte Die Demo-Platine besteht aus einer DC-DC-LLC-Topologie, in der die primäre Seite auf einer Full-Bridge-Stufe und die sekundäre Seite auf einer asynchronen Gleichrichtungsstufe basiert Durch die hohe Frequenz kann die Platine kleiner, leichter und insgesamt kosteneffektiver sein Die 6,6-kW-Hochfrequenz-Demo-Platine von Wolfspeed akzeptiert Eingänge von 380‒420 V DC und bietet Ausgaben von 400 V DC mit einer Effizienz von mehr als 96 % Die wichtigsten Anwendungsbereiche für diese Demo-Platine sind industrielle Spannungsversorgungen und Ladegeräte für Elektrofahrzeuge Zur Dokumentation gehören eine Stückliste, ein Schaltbild, das Platinenlayout und der Anwendungshinweis

Hocheffiziente und kostengünstige Lösung mit 2,2-kW-Bridgeless-Totempfahl-Topologie auf der Grundlage der neuesten (C3M™) 650-V-60-mΩ-SiC- MOSFETs von Wolfspeed Problemloses Erreichen des Titanium-Standards mit mehr als 98,5 % Effizienz und einem THD-Wert von weniger als 4 % in allen Lastzuständen Innovative widerstandsbasierte Stromerfassungslösung Verzerrungsfreier Induktorstrom bei Nulldurchgang in allen Lastzuständen Kleinere Stückliste durch Verwendung von Allzweckdioden anstelle von Niedrigfrequenzschaltern Die wichtigsten Anwendungsbereiche dieser Demo-Platine sind u. a. Spannungsversorgungen für Server, Telekommunikation und Industrie Zur Dokumentation gehören eine Stückliste, ein Schaltbild, das Platinenlayout und der Anwendungshinweis

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