Otomotiv Sektöründe Silisyum Karbür Kullanımı

Otomotiv sektöründe elektrikli araçların önem kazanması, yarı iletken ve güç elektroniği konuları üzerine yapılan araştırmaların artmasını sağladı. Daha verimli ve daha hızlı çalışan sistemler için geleneksel yarı iletken teknolojisi yerine kullanılan Silisyum Karbür’ün (SiC) otomotiv sektöründeki önemi yazımızın devamında.

A- A+

24.10.2017 tarihli yazı 13456 kez okunmuştur.

Otomotiv sektörü yılların verdiği tecrübe ile sürekli gelişmeye devam etmektedir. Yolcu ve yük taşımacılığında lider olan sektörde fosil yakıtlar yerine daha temiz olan elektrik enerjisinin kullanılmaya başlamasıyla eski sistemlerin yerini daha teknolojik sistemler alıyor. Otomotiv üreticileri ve araştırma enstitüleri, elektrikle çalışan araçlar için gerekli altyapıyı oluşturmak ve uygulamak için el ele çalışmaktadırlar. Teknolojinin en temelinde verimlilik yatmaktadır. Güç elektroniği ve yarı iletken teknolojinin gelişmesi otomotiv sektörünün elektriğe geçişini hızlandırdı. Otomotiv sektöründe güç elektroniğinin kullanıldığı parçalar;

► Motor sürücüleri
► Akü şarj cihazları
► Kablosuz şarj cihazları
► DC/DC çeviriciler
► Klima, direksiyon sistemi, MCU sistemi
► Göstergeler, aydınlatma vb. donanımlardır

Güç elektroniğinin aktif bir şekilde otomotivde yer alması ürün kalitesini ve verimliliği artırmaktadır. Geleneksel yarı iletken teknolojisine göre daha verimli ve yüksek performansa sahip silisyum karbür sektörün gereksinimlerini fazlasıyla karşılayacaktır. Silisyum karbür (SiC) diğer yarı iletkenler ile karşılaştırıldığında daha yüksek elektrik alana sahiptir. Isı özellikleri, güç elektroniğinde kompakt sistemleri tasarlamak için belirleyici bir rol oynamaktadır. Silisyum karbürün, ısı iletkenliği diğer yarı iletkenlere göre daha yüksek olduğu için, çalışma sıcakları yüksektir.

► İlginizi Çekebilir: Otomotiv Sektöründe PCI Express Kullanımı

Güç elektroniğinde akım akışı, anahtarlama kayıpları ve yarı iletkenlerin özellikleri güç kaybına neden olur. Anahtarlama kayıpları yarıiletkenlerin açılıp kapanmasından kaynaklanır. Çalışma sırasında anahtarlama frekansı ne kadar yüksekse, anahtarlama kayıpları o kadar yüksek olur. Güç elektroniği sistemlerinde anahtarlama frekansı genellikle tasarlanan sisteme göre değişmektedir. Sistemin rezonans davranışı, elektromanyetik uyumluluğu ve ısı yönetimi gibi diğer faktörler, kullanılacak anahtarlama frekansının belirlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Güç elektroniği sistemlerini tasarlarken, hem pasif bileşenlerin hem de yarıiletkenlerin fiziksel özellikleri dikkate alınmalıdır.

Araçtaki bazı güç elektroniği sistemlerinde, sistem gereksinimlerini karşılamak için yüksek bir anahtarlama frekansı tercih edilebilir. Böyle bir sistemde, anahtarlama kayıpları sistemdeki toplam güç kaybının büyük bir bölümünü oluşturur. Silisyum yarıiletkenleri bu tür yüksek anahtarlama frekanslı uygulamalarda kullanılıyorsa, yüksek güç dağılımı ile ortaya çıkan ısı, yük akımını sınırlandırır. Bu noktada ise silisyum yarı iletkenlerin sınırlarına dayağındı gösterir.

Yüksek bir anahtarlama frekansına sahip uygulamalarda SİC-MOSFET ve Si-IGBT karşılaştırıldığında, SI-IGBT yüksek anahtarlama kayıpları ve ısı kayıplarına sahiptir. SİC, yüksek bir anahtarlama frekansında daha az anahtarlama kayıplarına neden olur. SİC-MOSFET ile yüksek bir anahtarlama frekansında daha fazla yük akımı elde edilebilir. Güç elektroniği sistemlerinde en uygun soğutma sistemi kullanmalıdır. SİC gibi verimli bir yarıiletken malzeme kullanarak soğutma gereksinimi atlanabilir. Bu, soğutma maliyetlerinin azalmasına ve basit bir sistem kullanımına izin verir.

Siyah kısım Sİ temelli sistem, kırmızı kısım SİC temelli sistem

► İlginizi Çekebilir: CAN Bus Nedir ve Nerelerde Kullanılır?

Güç elektroniğini minyatürize etme seçeneklerinden biri de, indüktör ve transformatör gibi pasif bileşenlerin daha kompakt tasarımıdır. Bu genellikle, yarıiletkenlerin yüksek bir anahtarlama frekansında kontrol edilmesi ile mümkün olabilir. Si yarıiletkenlerinin yüksek anahtarlama frekansında oluşan termal yük, sistemin küçülmesini engeller. Mükemmel anahtarlama özelliklerinden dolayı, SiC-MOSFET bu durumlar için idealdir.

Yüksek voltajlı pillerin menzili, hibrid ve elektrikli araçların yaygın kullanımı için en büyük engellerden biridir. Hızlı bir şarj ile pili şarj etmek için yüksek güce ihtiyaç vardır. Yüksek güç elde etmek için kullanılan şarj aletleri, güç dönüşümü için farklı bileşenlerden oluşan karmaşık sistemlerdir. Bu tür sistemlerde diyotlar, mosfetler, İndüktörler, kapasitörler ve gerekli gerilimle aküyü şarj etmek için uyarlanmış çevirme oranlarına sahip bir transformatör bulunur.

Kaynak:

►eenewseurope.com