Les améliorations proposées à la technologie de convertisseur de puissance SiC MOSFET surmontent les défis existants

Les améliorations proposées à la technologie de convertisseur de puissance SiC MOSFET surmontent les défis existants

Crédit : iEnergy, Presse de l’Université Tsinghua

Les transistors, qui sont des dispositifs qui contrôlent ou amplifient les signaux électriques et la puissance, sont l’un des composants les plus omniprésents de l’électronique moderne. Le transistor le plus largement utilisé est connu sous le nom de MOSFET, qui signifie transistor à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur. Les MOSFET sont utilisés depuis les années 1960 et reposent généralement sur le silicium pour agir comme semi-conducteur. La dernière itération du MOSFET utilise du carbure de silicium comme semi-conducteur, connu sous le nom de SiC MOSFET. Cela présente de nombreux avantages, mais il n’a pas été largement adopté pour la conversion de puissance moyenne tension. Cela est dû à plusieurs défis associés aux MOSFET SiC que les chercheurs espèrent résoudre en combinant de nouvelles technologies.

Les MOSFET SiC offrent de nombreux avantages par rapport aux transistors traditionnels. Par rapport à la technologie actuelle, les MOSFET SiC peuvent répondre aux exigences de l’électronique moderne en améliorant l’efficacité et la densité de puissance. Cependant, si vous deviez simplement abandonner la technologie actuelle pour les MOSFET SiC telle quelle, il n’y aurait pas suffisamment d’avantages pour justifier la transition. Afin de tirer le meilleur parti des MOSFET SiC et d’étendre leur utilisation à un large éventail d’applications, les chercheurs ont utilisé de nouvelles technologies et stratégies de contrôle pour améliorer le fonctionnement des MOSFET SiC dans les applications moyenne tension.

Les techniques ont été décrites dans un article publié le 22 avril dans iÉnergie.

“Pour la conversion de puissance moyenne tension, les MOSFET SiC 10 kV ont des supériorités inhérentes, telles qu’une tension de claquage élevée, une commutation rapide, un fonctionnement à haute température et une faible résistance spécifique à l’état passant”, a déclaré l’auteur de l’article Slavko Mocevic, chercheur à l’ABB Corporate Centre de recherche à Raleigh, NC aux États-Unis.

Mocevic a également décrit les nombreuses applications pratiques de la technologie. “Dans des applications telles que les navires électriques, les zones urbaines très peuplées et, dans certains cas, les énergies renouvelables”, a expliqué Mocevic, “des terrains et des espaces souvent limités et coûteux nécessitent des convertisseurs à haute densité et à haut rendement. Si le convertisseur utilise un 10 kV SiC MOSFET, le système bénéficie d’une plus grande efficacité, d’une fréquence de commutation plus élevée, d’une haute densité, d’une simplification du réseau et d’une bande passante de contrôle élevée pouvant être déverrouillée.”

Les chercheurs ont identifié de nombreuses nouvelles technologies qui peuvent aider à l’adoption des MOSFET SiC dans les convertisseurs de puissance moyenne tension. Celles-ci comprenaient des pilotes de grille améliorés, des alimentations de pilote de grille supprimant les interférences électromagnétiques et l’ajout de convertisseurs de transfert de puissance sans fil. Cependant, les chercheurs ont identifié les méthodologies de contrôle du cycle de commutation (SCC) et du transistor à condensateur intégré (ICBT) comme étant les plus importantes. « Le potentiel des méthodologies de contrôle SCC et ICBT développées combinées avec des dispositifs MOSFET SiC 10 kV est énorme », a déclaré Mocevic. “Ces convertisseurs exploitent pleinement l’avantage de la vitesse de commutation rapide et de la vitesse de commutation élevée offertes par le SiC. Ils augmentent également de manière remarquable la densité et l’efficacité de la puissance et assouplissent les exigences de refroidissement.” Les autres avantages de cette combinaison de technologies incluent la possibilité d’utiliser à la fois une alimentation en courant alternatif (AC) et en courant continu (DC), un fonctionnement à basse fréquence et une tension illimitée.

En surmontant des défis tels que les interférences électromagnétiques, la fréquence de commutation élevée, les transitions de tension rapides et le besoin d’isolation haute tension, la technologie SiC MOSFET peut être appliquée plus largement aux convertisseurs moyenne tension. Pour l’avenir, Mocevic a déclaré : « La prochaine étape immédiate consiste à améliorer les performances et à comprendre pleinement le comportement de ce convertisseur afin d’assurer des opérations stables dans toutes les situations pour toutes les applications ciblées. L’objectif ultime est de développer une famille de réseaux de circuits moyenne tension qui utiliser le contrôle SCC et ICBT qui peut utiliser pleinement la capacité de traitement de puissance des dispositifs SiC. Cela résoudra efficacement le manque de solutions de circuit qui empêche actuellement leur adoption.


Deux circuits intégrés de gestion de l’alimentation avancés


Plus d’information:
Slavko Mocevic et al, Conception d’un convertisseur de puissance modulaire moyenne tension à haute densité, à haut rendement et à base de MOSFET SiC 10 kV, iÉnergie (2022). DOI : 10.23919 / IEN.2022.0001

Fourni par Tsinghua University Press

Citation: Les améliorations proposées à la technologie de convertisseur de puissance SiC MOSFET surmontent les défis existants (13 mai 2022) récupéré le 13 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-sic-mosfet-power-technology.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.