Al cambiar a los MOSFET de SiC, los diseñadores de sistemas de energía pueden aumentar de manera significativa la densidad de esta, reducir las pérdidas de conmutación y mejorar la administración térmica en los cargadores integrados (OBC) para los vehículos eléctricos.
Los sistemas de energía en vehículos eléctricos (EV), cargadores de batería integrados y no integrados, y otros sistemas de almacenamiento de potencia exigen una mayor eficiencia energética para almacenar más energía en los mismos factores de forma. Aquí, los dispositivos de carburo de silicio (SiC) optimizan los diseños de sistemas de potencia de una manera que permite a los diseñadores maximizar la densidad de energía, reducir el tamaño y el peso, y cumplir con los nuevos estándares de eficiencia energética al mismo tiempo.
Los circuitos tradicionales de corrección del factor de potencia (PFC) de hoy no pueden obtener la eficiencia necesaria con soluciones basadas en silicio, sin agregar más componentes y aumentar la complejidad del diseño. Por otro lado, el cambio a los MOSFET de SiC permite a los diseñadores de sistemas de energía cumplir y superar los requisitos de eficiencia energética más estrictos.
Los MOSFET de SiC de 650 V con baja resistencia de conducción llevan a pérdidas de esta más bajas, y las propiedades del carburo de silicio minimizan las variaciones de temperatura de resistencia activa para mantener una alta eficiencia a carga completa. También son cruciales en la gestión de las cargas ligeras y máximas en los convertidores de CC/CC, lo que reduce de manera significativa el consumo general de energía.
Eso se traduce en una menor administración térmica, que a su vez, conduce a disipadores de calor más pequeños y económicos, así como a menos piezas costosas de enfriamiento. Una mejor administración térmica también conduce a menos componentes de apoyo, lo que significa que hay menos piezas en riesgo de rotura.
Una comparación de la lista de materiales a nivel de sistema que muestra un ahorro de costos del 15 % con los MOSFET de SiC
Flujo de potencia bidireccional en cargadores integrados para vehículos eléctricos (EV)
Los vehículos eléctricos dependen más de los cargadores integrados (OBC) que de los cargadores rápidos. Más de la mitad (51 %) de todas las cargas informadas se realizan en el hogar, mientras que otro 16 % de las cargas se producen cuando los vehículos eléctricos se conectan en el trabajo. Sin embargo, los diseños de MOSFET basados en silicio para cargadores integrados generan más desperdicio por kilovatio, lo que significa que el usuario final paga más por menos.
El diseño de cargadores integrados para sistemas de baterías de vehículos eléctricos es otro caso de uso en el que los MOSFET de SiC de 650 V ofrecen una diferenciación competitiva al permitir a los diseñadores aumentar la eficiencia, al tiempo que agregan la capacidad de soportar el flujo de energía bidireccional sin comprometer el peso, el tamaño y la complejidad del diseño. Eso reduce de manera significativa el tamaño y el peso de los cargadores integrados (OBC) que convierten la energía de CA de la red en energía de CC para la batería, todo dentro del vehículo.
A diferencia de los OBC unidireccionales, que permanecen inactivos en el vehículo mientras pierden la carga, los OBC bidireccionales no solo extraen la carga de la red, sino que también la reponen. Esta bidireccionalidad también le brinda al usuario final la capacidad de proporcionar energía a otros dispositivos alimentados por CA o proporcionar el equivalente a un ”arranque” de un vehículo eléctrico a otro automóvil que se quedó sin carga.
Los diseños de OBC basados en los MOSFET de SiC de 650 V incluyen un totem-pole PFC y un convertidor de CC/CC en una sola caja para ahorrar un espacio valioso en vehículos eléctricos.
Los MOSFET con clasificación de 650 V también cumplen con el requisito de clasificación de tensión de voltaje exigido por los diseños de vehículos eléctricos.
Menor costo del sistema con SiC
Los MOSFET de SiC de 650 V deWolfspeed no están dirigidos solo a los cargadores integrados para la carga de vehículos eléctricos (EV), sino también a los sistemas de energía en busca de una mayor densidad de potencia y eficiencia energética, lo que incluye suministros de energía para servidores y telecomunicaciones, sistema de alimentación ininterrumpida (UPS), sistemas de almacenamiento de energía y más. Por ejemplo, los MOSFET de 15 mΩ y 60-mΩ que nuevamente admiten cargadores integrados unidireccionales y bidireccionales, reducen el tamaño tanto de la interfaz del controlador de factor de potencia (PFC) de CA/CC como del convertidor de CC/CC conectado a la batería. Según Goldman Sachs, los dispositivos de SiC pueden reducir el costo de fabricación de los vehículos electrónicos y el costo de propiedad en hasta $2000 por vehículo. Los MOSFET de SiC de 650 V utilizados en un diseño de referencia de OBC bidireccional de 6,6 kW facilitan una eficiencia máxima del 96,5 % tanto para la carga como para la descarga. El diseño de referencia, hecho en torno a los MOSFET C3M0060065D de Wolfspeed, opera de 90 VCA a 265 VCA y funciona con tensiones de batería que varían de 250 V a 450 V.
El diagrama de bloques del diseño de referencia del OBC de 6,6 kW basado en los MOSFET C3M0060065D de SiC
Los MOSFET de SiC de tercera generación de Wolfspeed, basados en la tecnología C3M de tercera generación de la empresa, son los que proporciona la menor resistencia activa, así como las pérdidas más bajas de conducción y conmutación en la industria. En el caso del diseño de OBC de 6,6 kW a nivel del sistema, los MOSFET de SiC de 650 V pueden proporcionar costos hasta un 15 % más bajos, incluso si los componentes de SiC tienen un costo mayor que sus equivalentes de silicio.
Además, en este diseño del OBC de 6,6 kW, una solución basada en SiC ofrece una densidad de potencia de 3,3 kW/L y una eficiencia del 97 %, en comparación con la densidad de potencia de 2,1 kW/L y una eficiencia del 94 % proporcionada por una solución basada en silicio. El sistema no solo consigue un costo total más bajo, sino que también permite un tamaño y peso más reducidos debido a esta densidad de potencia superior.
Optimización de diseños completos de potencia
La eficiencia habilitada por los MOSFET de SiC de 650 V se extiende por todo el diseño del sistema de energía. Una velocidad de conmutación más rápida y una mayor conversión de energía en la interfaz del diseño del OBC facilitan los requisitos de diseño para el resto del sistema de energía.
Haga clic aquí para obtener más información sobre los nuevos MOSFET C3M de SiC de 650 V y los diseños de referencia.
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