Le blog de l'entreprise Fournir des dispositifs de puissance SiC Mitsubishi : DIPIPM SiC, Module de puissance SiC, SiC-MOSFET

Fourniture de dispositifs de puissance SiC Mitsubishi : SiC DIPIPM, module de puissance SiC, SiC-MOSFET

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd., en tant que distributeur professionnel de composants électroniques, s'appuie sur des années d'expérience dans l'industrie et une chaîne d'approvisionnement stable pour fournir des solutions de composants électroniques pour le marché, notamment des puces 5G, des circuits intégrés pour les nouvelles énergies, des circuits intégrés IoT, des circuits intégrés Bluetooth, des circuits intégrés pour la mise en réseau de véhicules, des circuits intégrés de qualité automobile, des circuits intégrés de communication, des circuits intégrés d'intelligence artificielle, des circuits intégrés de mémoire, des circuits intégrés de capteurs, des circuits intégrés de microcontrôleurs, des circuits intégrés d'émetteurs-récepteurs, des circuits intégrés Ethernet, des puces WiFi, des modules de communication sans fil, des connecteurs et d'autres produits. L'entreprise a toujours adhéré au principe de « servir les clients et de les avantager », en fournissant aux clients des composants électroniques diversifiés et de haute qualité.

La série de dispositifs de puissance SiC Mitsubishi couvre l'ensemble de la gamme de produits, des dispositifs discrets aux modules intelligents, comprenant principalement trois grandes catégories :

SiC DIPIPM (Dual In-Line Package Intelligent Power Module) : une solution compacte intégrant des circuits de commande et des fonctions de protection

Modules de puissance SiC : comprenant des modules tout-SiC et des modules SiC hybrides, adaptés aux applications de moyenne à haute puissance

SiC-MOSFET : forme de dispositif discret, offrant une flexibilité de conception et des avantages de performance à haute fréquence

Ces produits tirent parti des propriétés physiques uniques du matériau SiC, telles qu'une résistance élevée au champ de claquage, une conductivité thermique élevée et une vitesse de dérive de saturation des électrons élevée, pour démontrer des avantages significatifs dans des domaines tels que la production d'énergie nouvelle, les entraînements de véhicules électriques, les entraînements à fréquence variable industriels et les réseaux intelligents. Par rapport aux dispositifs traditionnels à base de silicium, les dispositifs de puissance SiC Mitsubishi peuvent réduire la consommation d'énergie du système de plus de 30 %, améliorer considérablement la densité de puissance, tout en réduisant la taille et le poids du système.

Caractéristiques des modules d'alimentation intelligents SiC DIPIPM Mitsubishi

Les SiC DIPIPM Mitsubishi représentent la direction de développement de pointe de la technologie des modules d'alimentation intelligents. Ces modules intègrent des MOSFET SiC ou des SBD SiC (diodes Schottky) avec des circuits de commande et des fonctions de protection dans un boîtier double en ligne compact, offrant aux concepteurs de systèmes une solution plug-and-play à haut rendement. Par rapport aux IPM (Intelligent Power Modules) traditionnels, les SiC DIPIPM tirent pleinement parti des avantages de performance des matériaux en carbure de silicium tout en conservant les avantages de la facilité de conception et de la haute fiabilité, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications avec des contraintes d'espace mais des exigences de performance strictes.

Caractéristiques techniques des SiC DIPIPM

Les modules SiC DIPIPM de Mitsubishi intègrent de multiples technologies innovantes, avec des caractéristiques clés, notamment :

Conception à haut rendement : en utilisant des MOSFET SiC comme dispositifs de commutation, le SiC DIPIPM réduit considérablement la résistance à l'état passant et les pertes de commutation par rapport aux IGBT traditionnels à base de silicium. Les données de test montrent que dans des conditions de fonctionnement identiques, les pertes totales du SiC DIPIPM peuvent être réduites de plus de 40 % par rapport aux IPM à base de silicium, ce qui se traduit par une amélioration de 2 à 5 points de pourcentage de l'efficacité globale du système.

Capacité de fonctionnement à haute fréquence : les caractéristiques du matériau SiC permettent au DIPIPM de fonctionner à des fréquences de commutation plus élevées (jusqu'à 100 kHz ou plus) sans encourir de pertes de commutation excessives comme les dispositifs en silicium. Cette fonctionnalité permet aux systèmes d'application d'utiliser des composants passifs plus petits (tels que des inducteurs et des condensateurs), réduisant ainsi la taille et le poids du système.

Fonctions de protection intégrées : le module intègre de multiples circuits de protection, notamment un verrouillage de sous-tension (UVLO), une protection contre les surintensités (OCP), une protection contre les surchauffes (OTP) et une protection contre les courts-circuits (SCP). Ces fonctions de protection sont mises en œuvre via un circuit intégré de commande dédié, avec des temps de réponse aussi rapides que des microsecondes, empêchant efficacement les dispositifs d'alimentation d'être endommagés en raison de conditions anormales.

Gestion thermique simplifiée : en raison de la capacité de fonctionnement à haute température des dispositifs SiC (température de jonction maximale jusqu'à 200 °C) et des faibles pertes, le DIPIPM a des exigences relativement moins strictes pour les systèmes de dissipation thermique. Dans de nombreuses applications, de simples dissipateurs thermiques en aluminium ou même une dissipation thermique par feuille de cuivre PCB peuvent répondre aux exigences, réduisant considérablement la complexité et le coût de la conception thermique du système.

Emballage compact : adoptant le facteur de forme DIP (boîtier double en ligne) standard de l'industrie, avec un espacement et un agencement des broches optimisés, il facilite la conception de la disposition des PCB. La taille de l'emballage typique n'est que d'un tiers à la moitié de celle des IPM traditionnels, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications embarquées à espace limité.

Comparaison et analyse des modules d'alimentation tout-SiC et des modules d'alimentation SiC hybrides de Mitsubishi

En tant que leader dans le domaine des semi-conducteurs de puissance, Mitsubishi Electric propose deux grandes séries de produits : les modules d'alimentation SiC et les modules d'alimentation SiC hybrides, répondant aux exigences de performance et de coût équilibrées de différents scénarios d'application. Bien que ces deux types de modules partagent des noms similaires, ils présentent des différences significatives en termes d'architecture technique, de caractéristiques de performance et de positionnement des applications. Une compréhension approfondie de ces différences est cruciale pour que les ingénieurs puissent faire le bon choix et optimiser la conception du système.

Avantages techniques des modules d'alimentation tout-SiC

Les modules d'alimentation tout-SiC de Mitsubishi sont fabriqués à l'aide de matériau en carbure de silicium pur, tous les dispositifs de commutation et les diodes du module étant des semi-conducteurs à base de SiC, comprenant principalement des MOSFET SiC et des SBD SiC (diodes Schottky). Cette architecture « tout-SiC » offre de multiples avantages de performance :

Pertes de commutation ultra-faibles : les MOSFET SiC ont des vitesses de commutation extrêmement rapides, les pertes d'énergie pendant les processus de mise en marche et d'arrêt n'étant que de 1/5 à 1/10 de celles des IGBT en silicium. Cette caractéristique rend les modules tout-SiC particulièrement adaptés aux applications de commutation à haute fréquence, telles que l'étage d'amplification CC-CC dans les onduleurs solaires.

Capacité de fonctionnement à haute température : les caractéristiques de grande largeur de bande du matériau SiC (3,26 eV) lui permettent de fonctionner de manière fiable à des températures de jonction de 200 °C ou plus, tandis que les dispositifs en silicium traditionnels sont généralement limités à des températures inférieures à 150 °C. Cette fonctionnalité simplifie la conception du système de dissipation thermique et augmente la densité de puissance.

Haute tension de blocage : les modules d'alimentation haute tension HV-SiC de Mitsubishi peuvent atteindre des tensions de blocage supérieures à 10 kV, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications haute tension telles que les réseaux intelligents, la transmission en courant continu haute tension (CCHT) et les entraînements industriels à grande échelle.

Avantages au niveau du système : les données d'application réelles montrent que les systèmes utilisant des modules tout-SiC peuvent réduire la consommation d'énergie de plus de 30 % par rapport aux solutions IGBT traditionnelles à base de silicium, tout en réduisant considérablement la taille et le poids du système. Par exemple, dans les stations de recharge de véhicules électriques, les modules tout-SiC peuvent augmenter l'efficacité de la recharge de 2 à 3 % tout en réduisant la taille du bloc d'alimentation de 40 %.

Équilibre coût-efficacité des modules d'alimentation SiC hybrides

Les modules d'alimentation SiC hybrides adoptent une approche technologique de compromis, combinant des diodes Schottky SiC (SBD) avec des IGBT à base de silicium dans le même module. Cette conception permet d'obtenir un bon équilibre entre l'amélioration des performances et le contrôle des coûts :

Amélioration des performances des diodes : les diodes de roue libre du module utilisent des SBD SiC, éliminant complètement les problèmes de récupération inverse inhérents aux diodes en silicium et réduisant les pertes de récupération inverse de plus de 80 %. Cette amélioration réduit considérablement le bruit de commutation et les pertes lors de la coupure des diodes.

Avantage de coût : en conservant les IGBT à base de silicium comme dispositifs de commutation, le coût des modules SiC hybrides est inférieur de 30 à 50 % à celui des solutions tout-SiC, ce qui les rend plus accessibles pour les applications sensibles aux prix.

Compatibilité avec les conceptions existantes : les exigences de commande des modules SiC hybrides sont essentiellement les mêmes que celles des IGBT standard, ce qui permet aux ingénieurs d'améliorer les performances du système sans modifier de manière significative les circuits de commande existants, réduisant ainsi la complexité de la migration de la conception.

Les modules d'alimentation SiC hybrides de Mitsubishi sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant une grande fiabilité et des améliorations progressives des performances, telles que les entraînements de moteurs industriels, la production d'énergie éolienne et le transport ferroviaire.

Caractéristiques des dispositifs discrets SiC-MOSFET Mitsubishi

Les dispositifs discrets SiC-MOSFET Mitsubishi offrent une plus grande flexibilité et des options de personnalisation pour la conception de systèmes électroniques de puissance. Contrairement aux modules d'alimentation SiC intégrés, les SiC-MOSFET discrets permettent aux ingénieurs de sélectionner librement les structures de topologie, les configurations de disposition et les solutions de gestion thermique, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications nécessitant des configurations spéciales ou celles qui sont extrêmement sensibles aux coûts.

Paramètres et avantages de performance de base

Les dispositifs discrets SiC-MOSFET Mitsubishi démontrent plusieurs mesures de performance révolutionnaires, ouvrant de nouvelles possibilités pour la conception de l'électronique de puissance :

Faible résistance à l'état passant : grâce aux caractéristiques de champ électrique de claquage critique élevé du matériau SiC, les SiC-MOSFET Mitsubishi atteignent une résistance à l'état passant (Rds(on)) inférieure à celle des MOSFET à base de silicium avec la même tension nominale. Par exemple, les dispositifs avec une tension nominale de 1 200 V peuvent atteindre une résistance à l'état passant aussi faible que 40 mΩ ou moins, réduisant considérablement les pertes de conduction.

Vitesse de commutation ultra-rapide : le temps de commutation des SiC-MOSFET est généralement de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes, ce qui est un ordre de grandeur plus rapide que les IGBT en silicium. Cette caractéristique réduit non seulement les pertes de commutation, mais permet également au système de fonctionner à des fréquences plus élevées, réduisant ainsi la taille des composants passifs.

Excellentes caractéristiques de la diode de corps : contrairement aux MOSFET en silicium, la diode de corps des SiC-MOSFET a une chute de tension directe plus faible et pratiquement aucune charge de récupération inverse, ce qui permet d'éliminer les diodes de roue libre externes dans certaines applications et de simplifier la conception des circuits.

Stabilité à haute température : les SiC-MOSFET Mitsubishi présentent des changements minimes de transconductance (gfs) et de tension de seuil (Vth) à des températures élevées, assurant des caractéristiques de commutation stables sur toute la plage de températures de fonctionnement.