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Implémentation efficace de dispositifs de puissance SiC pour véhicules électriques à autonomie supérieure

Par Bill Schweber

Avec la contribution de Rédacteurs nord-américains de Digi-Key

Alors que les batteries des véhicules électriques et hybrides (VE/VEH) retiennent énormément l'attention, la réalité technique est que le sous-système pour la gestion d'alimentation globale, qui inclut des fonctions telles que la commande moteur de base, les chargeurs embarqués et externes, la consommation électrique et le freinage régénératif, est tout aussi important pour améliorer les performances des véhicules électriques. En conséquence, alors que la demande en véhicules électriques ne cesse d'augmenter, l'accent a été mis sur le développement et l'adoption de composants améliorés permettant d'optimiser l'utilisation de la batterie des véhicules électriques et d'étendre l'autonomie des véhicules.

La transition des transistors MOSFET en tant que dispositifs de contrôle de la puissance aux FET basés sur une technologie de traitement et un substrat en carbure de silicium (SiC) représente une étape majeure dans l'amélioration du rendement et des caractéristiques globales des systèmes des véhicules électriques. Cependant, les dispositifs SiC nécessitent une nouvelle compréhension de leurs spécifications critiques et des exigences de commande afin de tirer pleinement parti de leurs avantages.

Cet article décrit les besoins en énergie des véhicules électriques et hybrides, explique pourquoi les dispositifs de puissance à base de carbure de silicium sont parfaitement adaptés à cette fonction et clarifie les fonctions de leurs circuits d'attaque de dispositifs complémentaires. Après une brève discussion sur les implications des normes AEC-Q101 pour les dispositifs discrets qualifiés automobiles, il présente deux dispositifs de puissance SiC certifiés AEC de ROHM Semiconductor et souligne les caractéristiques clés à prendre en compte pour réussir les conceptions.

Alimenter les véhicules électriques et hybrides

Les exigences imposées aux sous-systèmes de puissance de tous les véhicules (à combustion interne, VE et VEH) ont augmenté de manière exponentielle pour prendre en charge des fonctions telles que les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS), les vitres électriques, les portes et les rétroviseurs, les réseaux internes et la connectivité, le radar, les systèmes de divertissement, le GPS, etc.

La principale source d'alimentation pour les véhicules à combustion interne est généralement la batterie au plomb standard de 12 V, de 100 à 200 Ah. Cependant, cette quantité de puissance est modeste comparée aux exigences des batteries des véhicules électriques, qui doivent en plus fournir une puissance d'entraînement (Figure 1). Par conséquent, la capacité de la batterie dans un véhicule électrique varie de 50 à 150 kWh selon la fonction du véhicule, de sa taille et de son fournisseur, avec une tension typique de 200 V à 300 V. Pour comparer ce qui est comparable, convertissez-la en Ah en utilisant la formule suivante : Ah = (kWh × 1000)/V.

Schéma des sous-systèmes d'alimentation à batterie dans un véhicule électriqueFigure 1 : Les sous-systèmes d'alimentation à batterie dans un véhicule électrique alimentent les moteurs de traction et les fonctions associées, ainsi que les nombreuses fonctions et fonctionnalités désormais standard que les conducteurs attendent. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Outre les nombreux convertisseurs CC/CC plus petits pour les fonctions internes et la charge, de nombreux véhicules électriques, mais pas tous, utilisent un courant alternatif (CA) à fréquence variable via des convertisseurs de courant continu (CC)/CA pour alimenter leurs moteurs de traction. Les performances des moteurs de traction varient d'environ 150 HP pour les véhicules d'entrée de gamme à plus de 500 HP pour une Tesla haut de gamme. Étant donné qu'un HP équivaut à environ 750 W, la quantité de courant nécessaire aux moteurs est importante.

Bien que de nombreux facteurs déterminent l'efficacité globale des sous-systèmes de puissance, les performances des régulateurs à découpage constituent l'un des facteurs les plus importants. Les régulateurs prennent la charge brute de la batterie et la transforment en tensions/courants nécessaires à la transmission ainsi qu'à la charge de la batterie.

La raison est simple : à un niveau de courant de plusieurs centaines d'ampères, la chute de la résistance de courant (IR) de base devient un paramètre critique. Par exemple, à 100 A, même une valeur de 100 mΩ de résistance à l'état passant (RDS(ON)) est préjudiciable de deux manières : d'une part, 10 V de perte de potentiel délivrable, et d'autre part, 100 W de dissipation de puissance (I2R) qu'il faut gérer. En plus de ces pertes RDS(ON), il existe également des pertes de commutation dans les convertisseurs CC/CA et CC/CC qui réduisent le rendement et la durée de vie de la batterie, tout en augmentant la charge thermique à dissiper.

Pourquoi envisager le carbure de silicium ?

Ces pertes statiques suggèrent deux tactiques bien connues pour réduire les pertes IR et I2R : 1) réduire la résistance à l'état passant, et 2) augmenter la tension de fonctionnement du système, ce qui permet de réduire le courant nécessaire pour délivrer une quantité donnée de puissance à une charge. En ce qui concerne les pertes de commutation dynamiques, toute amélioration permettant de réduire ces pertes (liées à la physique des dispositifs, à la fréquence de commutation et à d'autres facteurs) aura un impact considérable.

Au cours des dernières décennies, les dispositifs de commutation de puissance dominants ont été les MOSFET basés sur le silicium (Si) et les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). Alors que les avancées technologiques ont considérablement accru leurs performances, les améliorations se sont largement stabilisées. En même temps, les véhicules électriques ont besoin de dispositifs de commutation répondant à des spécifications toujours meilleures pour être viables et attrayants.

Heureusement, au cours des dernières décennies, une autre technologie de traitement MOSFET à semi-conducteurs a évolué. Elle repose sur un matériau à base de carbure de silicium (SiC) plutôt que sur du silicium (Si) basique composé à parts égales de silicium et de carbone liés par covalence. Bien qu'il existe plus de 100 variétés allotropiques de carbure de silicium distinctes (structures uniques), les types 4H et 6H présentent le plus grand intérêt pour des raisons de production et de traitement.

Les MOSFET SiC offrent un certain nombre d'attributs dominants clés par rapport aux MOSFET uniquement Si :

  • Le carbure de silicium fournit un champ électrique critique environ huit fois supérieur à celui du silicium, ce qui le rend bien adapté aux dispositifs à semi-conducteurs de puissance. La rigidité diélectrique élevée permet une matrice beaucoup plus fine, qui peut être dopée à un niveau beaucoup plus élevé et permettre ainsi de réduire les pertes.
  • Le carbure de silicium présentant une conductivité thermique environ trois fois supérieure à celle du silicium, il devient donc possible de transférer toute chaleur générée par conduction avec une chute de température beaucoup plus faible sur le matériau lui-même.
  • Le carbure de silicium présente une température de fusion très élevée qui permet un fonctionnement bien supérieur à 400°C (le silicium standard est limité à 150°C). Cette température de fonctionnement plus élevée simplifie grandement les exigences de refroidissement, permettant aux dispositifs SiC de fonctionner dans des environnements à température ambiante plus élevée, car il existe encore un différentiel de température suffisant pour prendre en charge les flux thermiques de conduction et de convection.
  • Le carbure de silicium prend en charge une densité de courant maximale deux à trois fois supérieure à celle des dispositifs au silicium, ce qui permet de réduire les coûts des composants et du système pour un niveau de puissance donné.

Comme le montre le Tableau 1, les spécifications des propriétés électriques critiques au niveau physique du silicium standard, du carbure de silicium 4H et du carbure de silicium 6H diffèrent de manière significative. L'énergie de la bande interdite plus élevée et les valeurs de champ électrique critiques du carbure de silicium prennent en charge le fonctionnement à plus haute tension, tandis que des facteurs de mobilité des électrons et des trous moins importants entraînent des pertes de commutation plus faibles qui permettent un fonctionnement à des fréquences plus élevées (ce qui conduit également à des filtres et des composants passifs plus compacts). En même temps, une conductivité thermique et une température de fonctionnement plus élevées simplifient les exigences de refroidissement.

Propriété électrique Si SiC (4H) SiC (6H) Diamant
Énergie de bande interdite (eV) 1,12 3,28 2,96 5,5
Champ électrique critique (MV/cm) 0,29 2,5 3,2 20
Mobilité des électrons (cm²/VS) 1200 800 370 2200
Mobilité des trous (cm²/VS) 490 115 90 1800
Conductivité thermique (W/cmK) 1,5 3,8 3,8 20
Température de jonction maximum (°C) 150 600 600 1927

Tableau 1 : Principales propriétés électriques au niveau des matériaux de base pour le silicium, deux types de carbure de silicium et, à des fins de comparaison, le diamant. (Source du tableau : Semantic Scholar)

Maturité SiC et AEC-Q101

La transition des dispositifs SiC d'une promesse théorique à une réalisation pratique n'a toutefois pas été rapide ni facile. Cependant, au cours des dix dernières années, les MOSFET SiC ont progressé et ont évolué au fil de plusieurs générations, chacun apportant à la fois des améliorations des processus et des changements structurels importants.

Par exemple, ROHM Semiconductor propose depuis longtemps des dispositifs SiC de 2e génération qui ont été largement adoptés dans les applications automobiles. La plupart des MOSFET SiC standard, y compris ces dispositifs de 2e génération, utilisent une structure planar qui se rapproche de la limite inférieure de la résistance interne du FET lorsque la taille de la cellule est réduite (Figure 2). En revanche, les produits de 3e génération de ROHM utilisent une structure à double tranchée formée sous la grille et la source, ce qui permet de réduire efficacement la taille du canal et la résistance à l'état passant.

Schéma de la transition des dispositifs SiC de ROHM de la 2e à la 3e générationFigure 2 : La transition des dispositifs SiC de ROHM de la 2e à la 3e génération inclut des améliorations des processus ainsi que des changements structurels majeurs. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Avec les MOSFET SiC de 3e génération de ROHM, la structure de grille en tranchée propriétaire permet de réduire la résistance à l'état passant de 50 % et la capacité d'entrée de 35 % par rapport aux MOSFET SiC de type planar existants. Cela se traduit par des pertes de commutation considérablement réduites et des vitesses de commutation supérieures, améliorant ainsi le rendement. En outre, comparés aux dispositifs 600 V et 900 V, ces MOSFET SiC de 1200 V/1800 V présentent une surface de puce plus petite (et donc une taille de boîtier inférieure), ainsi qu'une perte de récupération plus faible à travers les diodes de substrat.

Répondre aux normes AEC

Un autre problème qui a accompagné l'évolution et les multiples générations de dispositifs SiC est leur capacité à être pleinement qualifiés selon la norme AEC-Q101. Cette norme est basée sur un ensemble de spécifications de l'AEC (Automotive Electronics Council), organisation regroupant les principaux constructeurs automobiles et les fabricants américains de composants électroniques chargés d'établir des tests de fiabilité pour l'électronique automobile. Les principaux protocoles sont les suivants :

  • AEC-Q100 (dispositifs à circuit intégré)
  • AEC-Q101 (composants discrets tels que les MOSFET)
  • AEC-Q102 (optoélectronique discrète)
  • AEC-Q104 (modules multipuces)
  • AEC-Q200 (composants passifs)

La norme AEC-Q101 est beaucoup plus stricte que celle largement utilisée dans les applications industrielles. Les spécifications AEC établissent un ensemble de grades, comme indiqué dans le Tableau 2. Les dispositifs SiC peuvent atteindre le grade 0 (de -40°C à +150°C), contrairement aux dispositifs uniquement Si. Le grade 1 convient aux applications en cabine et garantit que le dispositif peut fonctionner de manière stable dans une plage de températures ambiantes de -40°C à +125°C, mais les situations de groupe motopropulseur et sous le capot nécessitent le grade 0.

Sujet Automobile Commercial/Industriel
Conditions de contrainte En fonction du grade de température souhaité
  • Grade 0 : de -40°C à +150°C
  • Grade 1 : de -40°C à +125°C
  • Grade 2 : de -40°C à +105°C
  • Grade 3 : de -40°C à +85°C
  • Grade 4 : de 0°C à +70°C
Qualifié grade 1, éventuellement accéléré
Test électrique Température ambiante et températures extrêmes chaudes et froides par degré de température Température ambiante
ESD-CDM Broches d'angle = 750 V min. et toutes les autres broches = 5000 V min., méthode de test et testeur différents Toutes les broches = 250 V min.
Dimensions physiques Cpk > 1,33 et Ppk > 1,67 sur toutes les dimensions Respect des spécifications de la fiche technique
Tests de résistance uniques à la qualification automobile
  1. Cycle de température de puissance
  2. Traction de liaison après le cycle de température
  3. Taux d'échec en début de vie
Aucun
Composition des lots de qualification 3 lots de plaquettes non consécutifs et 3 lots d'assemblage non consécutifs pour tous les types de qualification Qualification technologique de fabrication de plaquettes = 3 lots de plaquettes et qualification de boîtier = 3 lots d'assemblage

Tableau 2 : Les normes de qualification de fiabilité AEC sont beaucoup plus exigeantes que celles utilisées pour les applications commerciales et industrielles. (Source du tableau : Texas Instruments)

Veuillez noter que certains fournisseurs signalent que les applications industrielles utilisent de plus en plus les spécifications de la série AEC-Q100 pour garantir une fiabilité accrue. Ceci est pratique du point de vue des coûts, car l'adoption généralisée des dispositifs et composants électroniques dans les automobiles a considérablement réduit l'écart de prix entre l'industrie et l'automobile.

Les dispositifs SiC prennent en charge les conceptions à courant modéré à élevé

Les dispositifs SiC ne sont pas uniquement destinés aux applications à courant élevé dans les véhicules électriques. Outre la transmission, de nombreuses fonctions moins puissantes (sièges/vitres électriques, sièges chauffants et chauffage pour l'habitacle, préchauffeurs de batterie, moteurs CA, direction assistée) peuvent tirer parti des caractéristiques des MOSFET SiC.

Par exemple, le SCT3160KL de ROHM est un MOSFET de puissance SiC à canal N optimisé pour des charges pouvant atteindre 17 A (Figure 3). Il est logé dans un boîtier TO-247N mesurant seulement 16 mm (largeur) x 21 mm (hauteur) x 5 mm (profondeur) et inclut une languette thermique à l'arrière facilitant la fixation sur un dissipateur thermique (Figure 4). Ses spécifications de haut niveau montrent qu'il s'agit d'un excellent choix pour des besoins en courant et en puissance modestes (Tableau 3).

Schéma du SCT3160KL de ROHM illustrant un MOSFET de puissance SiC à canal N de baseFigure 3 : Le SCT3160KL de ROHM est un MOSFET de puissance SiC à canal N de base pour des charges pouvant atteindre 17 A. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Image du SCT3160KL de ROHM dans un boîtier de 16 mm × 21 mm × 5 mmFigure 4 : Le SCT3160KL est proposé dans un boîtier de 16 mm × 21 mm × 5 mm et inclut une languette thermique à l'arrière offrant un potentiel de dissipation thermique accru. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

VDSS 1200 V
RDS(ON) (typ.) 160 mΩ
ID 17 A
PD 103 W

Tableau 3 : Les spécifications de base du SCT3160KL indiquent qu'il convient aux nombreuses charges plus petites d'un véhicule électrique ou aux besoins en puissance d'autres applications. (Source du tableau : ROHM Semiconductor)

Le graphique d'aire de sécurité (SOA) maximum montre comment ce dispositif SiC convient parfaitement à un cycle de fonctionnement à impulsions, typique des alimentations et des régulateurs à découpage à tensions plus élevées (Figure 5).

Image du graphique SOA pour le SCT3160KL de ROHMFigure 5 : Le graphique SOA du SCT3160KL établit les limites maximum du courant de drain, de la tension drain-source et du traitement de la puissance d'impulsion. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Bien entendu, les avantages des dispositifs basés SiC sont plus évidents à des niveaux de courant plus élevés. Considérons également le SCT3022AL de ROHM, un MOSFET de puissance SiC à canal N en boîtier TO-247N. Ses principales spécifications (Tableau 4) et son aire de sécurité (Figure 6) montrent qu'il est bien adapté à la conversion de la puissance motrice, à la gestion des batteries et à la charge des blocs-batteries dans les véhicules électriques, une conséquence de sa résistance à l'état passant plus faible et de son courant nominal plus élevé.

VDSS 650 V
RDS(ON) (typ.) 22 mΩ
ID 93 A
PD 339 W

Tableau 4 : Le MOSFET de puissance SiC à canal N SCT3022AL de ROHM est bien adapté aux conceptions à courant plus élevé en raison de sa faible valeur de résistance à l'état passant et d'autres attributs. (Source du tableau : ROHM Semiconductor)

Image du schéma de l'aire de sécurité pour le MOSFET de puissance SiC à canal N SCT3022AL de ROHMFigure 6 : Le schéma de l'aire de sécurité du MOSFET de puissance SiC à canal N SCT3022AL montre clairement sa capacité à prendre en charge de manière efficace l'utilisation de courants et de niveaux de puissance relativement élevés. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Circuits d'attaque de grille complémentaires aux FET SiC

Les dispositifs de puissance seuls, qu'il s'agisse de MOSFET silicium, de FET SiC ou d'IGBT, ne constituent qu'une partie de l'équation de la conception de conversion/contrôle de puissance. En réalité, une « chaîne de signaux » haute puissance nécessite trois fonctions : le contrôleur, le circuit d'attaque de grille et le semi-conducteur de puissance.

Bien que les dispositifs SiC partagent des caractéristiques semblables aux dispositifs Si (et IGBT) en ce qui concerne la commande, ils présentent également des différences significatives. Par exemple, en raison de la faible transconductance des MOSFET SiC, la transition de la région linéaire (ohmique) à la région de saturation n'est pas aussi nette que pour les dispositifs Si. Par conséquent, pour les dispositifs SiC, la tension grille-source (VGS) à l'état passant est supérieure à 20 V, tandis que la valeur à l'état bloqué est comprise entre -2 V et -5 V (car le seuil VGS a une faible marge de bruit).

Les circuits d'attaque SiC nécessitent les éléments suivants :

  • Une tension d'alimentation relativement élevée (de 25 V à 30 V) pour atteindre un haut rendement grâce à de faibles pertes de conduction
  • Un courant d'attaque plus élevé (typiquement > 5 A) et un circuit d'attaque à faible impédance et à balayage rapide avec variation instantanée de la tension dans le temps (dV/dt) pour des pertes de commutation plus faibles lorsque le courant est commandé à l'intérieur et à l'extérieur de la capacité de grille
  • Protection rapide contre les courts-circuits (réponse typique < 400 ns), car les dispositifs SiC commutent plus rapidement que les dispositifs Si
  • Valeurs de temps de propagation réduites et différence d'une unité à l'autre (encore une fois pour un haut rendement)
  • Enfin, une immunité dV/dt ultra-élevée pour un fonctionnement robuste dans les environnements de fonctionnement à fort courant et haute tension

Les différences entre les FET basés SiC, les MOSFET Si et les IGBT sont résumées dans le tableau suivant.

Commutateur MOSFET Si IGBT Si SiC
Fréquence de commutation Élevée (> 20 kHz) Faible à moyenne (5 kHz à 20 kHz) Élevée (> 50 kHz)
Protection de base Non Oui – Désaturation, blocage de Miller Oui – Détection du courant, blocage de Miller
VDD max. (alimentation) 20 V 30 V 30 V
Plage VDD 0 V à 20 V 10 V à 20 V -5 V à 25 V
VDD de fonctionnement 10 V à 12 V 12 V à 15 V 15 V à 18 V
Verrouillage en cas de sous-tension 8 V 12 V 12 V à 15 V
Immunité transitoire en mode commun 50 V/ns à 100 V/ns < 50 V/ns > 100 V/ns
Temps de propagation Valeur la plus petite conseillée (< 50 ns) Élevé (non critique) Valeur la plus petite conseillée (< 50 ns)
Tension de rail Jusqu'à 650 V > 650 V > 650 V
Applications typiques Alimentations - Serveurs, communications de données, télécommunications, automatisation industrielle, chargeurs embarqués et non embarqués, onduleurs solaires et onduleurs chaînes (< 3 kW) et automobile - 400 V à 12 V CC/CC Commandes moteur (machines CA), alimentations secourues, onduleurs solaires centraux et chaînes (< 3 kW) et onduleurs de traction pour automobile PFC - Alimentations, onduleurs solaires, CC/CC pour VE/VEH et onduleurs de traction pour VE, commandes moteur et applications ferroviaires

Tableau 5 : Alors que les MOSFET et les IGBT basés Si présentent des exigences de commande relativement similaires, les spécifications des circuits d'attaque des dispositifs SiC sont assez différentes. (Source du tableau : Texas Instruments)

En raison des hautes tensions auxquelles ces dispositifs fonctionnent, ainsi que de divers autres facteurs liés à la topologie du système, les critères réglementaires relatifs aux dimensions de ligne de fuite et de dégagement sont généralement inclus dans les critères de conception. De plus, il est presque toujours nécessaire d'avoir une isolation galvanique (ohmique) entre le contrôleur et les dispositifs de puissance.

Cette isolation peut être fournie par un composant indépendant et distinct, placé entre le contrôleur et le circuit d'attaque ou intégré dans une commande multipuce. Ce dernier choix se traduit par une empreinte globale réduite, mais certains concepteurs préfèrent utiliser des isolateurs indépendants afin de pouvoir choisir la technique d'isolation (par exemple, magnétique, optique, capacitive) ainsi que les spécifications de performances.

Par exemple, l'UCC27531-Q1 de Texas Instruments est un circuit d'attaque de grille haute vitesse à un canal, non isolé, qualifié AEC-Q100 (grade 1) pour les dispositifs SiC (et autres) (Figure 7). Il fournit un courant de crête pouvant atteindre 2,5 A en mode source et 5 A en mode récepteur à 18 VDD. La grande capacité de récepteur dans le mode de commande asymétrique augmente l'immunité contre l'effet Miller parasite. Le temps de propagation typique de 17 ns et les temps de montée et de descente rapides de 15/7 ns lors de la commande d'une charge de 1800 pF en font un bon choix pour les dispositifs SiC.

Schéma du circuit d'attaque de grille UCC27531-Q1 non isolé de Texas InstrumentsFigure 7 : Le circuit d'attaque de grille non isolé UCC27531-Q1 de Texas Instruments est parfaitement adapté aux exigences techniques des dispositifs de commutation SiC. (Source de l'image : Texas Instruments)

Bien que ce minuscule circuit d'attaque SOT-23 à six sorties semble être un composant simple offrant des fonctionnalités simples, le commander de façon efficace nécessite une attention particulière aux besoins spécifiques des dispositifs SiC.

L'étage de sortie du dispositif implémente une architecture unique lui permettant de fournir le courant source de crête le plus élevé possible. Ceci se produit pendant la transition de mise sous tension du commutateur de la zone de plateau de Miller, lorsque la tension drain/collecteur du commutateur présente la valeur dV/dt la plus élevée (Figure 8). Pour ce faire, il active son MOSFET à canal N pendant le court laps de temps lorsque la sortie passe de bas à haut et que le circuit d'attaque de grille est en mesure de fournir une brève augmentation du courant source de crête, permettant une activation rapide.

Schéma du circuit d'attaque de grille UCC27531-Q1 de Texas InstrumentsFigure 8 : Le circuit d'attaque de grille UCC27531-Q1 de Texas Instruments ajoute une temporisation et des circuits spéciaux pour maximiser le courant source et le délivrer au moment opportun pour le dispositif de puissance SiC. (Source de l'image : Texas Instruments)

Les solutions de circuits d'attaque SiC isolés incluent le SIC1182K de Power Integrations, un circuit d'attaque de grille SiC 8 A à un canal, offrant un verrouillage actif avancé et une isolation renforcée jusqu'à 1200 V. Notez que, bien que ce module de circuit d'attaque SiC isolé ne soit pas qualifié AEC, Power Integrations offre la série similaire de circuits d'attaque de grille MOSFET/IGBT SID11x2KQ, certifiée AEC-100 grade 1. Un exemple est le SID1182KQ-TL, un circuit d'attaque de grille IGBT/MOSFET 8 A/1200 V à un canal.

Le SIC1182K est logé dans un boîtier eSOP-R16B à 16 sorties (9 mm x 10 mm x 2,5 mm), avec une fuite en surface de 9,5 mm et un dégagement respectant les obligations réglementaires, et une connexion au potentiel de masse côté primaire, servant également d'ailette de dissipation thermique (Figure 9). L'isolation est assurée par la technologie FluxLink d'isolant solide propriétaire de la société, et le circuit d'attaque a obtenu la certification VDE 0884-10 et la classification UL 1577 (en attente).

Image du circuit d'attaque de grille SiC isolé SIC1182K de Power IntegrationsFigure 9 : La connexion fusionnée des broches 3, 4, 5 et 6 du circuit d'attaque de grille SiC isolé SIC1182K de Power Integrations fournit un chemin thermique ainsi qu'une connexion à la terre côté primaire robuste. (Source de l'image : Power Integrations)

Le SIC1182K associe une protection contre les courts-circuits lors de la phase de mise sous tension et une limitation de surtension lors de la mise hors tension via un blocage actif avancé, et ce via une seule broche de détection. Un circuit d'attaque de grille isolé nécessite des connexions pour la terre et l'alimentation côté primaire/secondaire, le contrôle logique et la sortie de commande. Des connexions supplémentaires sont fournies pour obtenir un circuit d'attaque plus robuste (Figure 10). Celles-ci incluent des connexions pour un signal de défaut logique (drain ouvert), une entrée de détection qui détecte les événements de court-circuit lors de la mise sous tension et limite les surtensions à la mise hors tension, une source de tension d'alimentation de pompe à charge et auto-élévatrice, ainsi qu'un potentiel de référence côté secondaire.

Schéma du circuit d'attaque de grille SiC isolé SIC1182K de Power IntegrationsFigure 10 : Le circuit d'attaque de grille SiC isolé SIC1182K ajoute des broches pour accroître la robustesse de ses fonctions de commande dans un circuit pratique, qui a toujours tendance à être sujet à des dysfonctionnements et à un comportement indésirable. (Source de l'image : Power Integrations)

Conclusion

Un véhicule électrique viable nécessite des batteries avancées ainsi qu'une gestion de l'alimentation hautes performances, qui peuvent être fournies efficacement par des dispositifs de commutation de puissance avancés tels que les MOSFET SiC. Comme indiqué ci-dessus, les dispositifs des 2e et 3e générations offrent des performances supérieures à celles des composants silicium existants en ce qui concerne la résistance à l'état passant, les pertes, les performances de commutation et les capacités thermiques.

Toutefois, pour exploiter pleinement le potentiel de ces dispositifs SiC hautes performances, les concepteurs doivent également sélectionner des circuits d'attaque de grille adaptés aux besoins des applications.

Avertissement : les opinions, convictions et points de vue exprimés par les divers auteurs et/ou participants au forum sur ce site Web ne reflètent pas nécessairement ceux de Digi-Key Electronics ni les politiques officielles de la société.

ROHM Automotive Solutions

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À propos de l'auteur

Bill Schweber

Bill Schweber est ingénieur en électronique. Il a écrit trois manuels sur les systèmes de communications électroniques, ainsi que des centaines d'articles techniques, de chroniques et de présentations de produits. Il a auparavant travaillé en tant que responsable technique de site Web pour plusieurs sites spécifiques pour EE Times et en tant que directeur de publication et rédacteur en chef des solutions analogiques chez EDN.

Chez Analog Devices, Inc. (l'un des principaux fournisseurs de circuits intégrés analogiques et à signaux mixtes), Bill a œuvré dans le domaine des communications marketing (relations publiques). Par conséquent, il a occupé les deux côtés de la fonction RP technique : présentations des produits, des récits et des messages de la société aux médias, et destinataire de ces mêmes informations.

Avant d'occuper ce poste dans les communications marketing chez Analog, Bill a été rédacteur en chef adjoint de leur revue technique respectée et a également travaillé dans leurs groupes de marketing produit et d'ingénierie des applications. Avant d'occuper ces fonctions, Bill a travaillé chez Instron Corp., où il était chargé de la conception de circuits analogiques et de puissance, et de l'intégration de systèmes pour les commandes de machines de test de matériaux.

Il est titulaire d'un master en génie électrique (Université du Massachusetts) et d'un baccalauréat en génie électrique (Université Columbia). Il est ingénieur professionnel agréé, titulaire d'une licence de radioamateur de classe avancée. Bill a également organisé, rédigé et présenté des cours en ligne sur divers sujets d'ingénierie, notamment des notions de base sur les MOSFET, la sélection d'un CAN et la commande de LED.

À propos de l'éditeur

Rédacteurs nord-américains de Digi-Key