EV에서 태양광 패널, HVAC에 이르기까지 SiC 장치는 전력 밀도, 효율성 및 신뢰성을 향상하는 동시에 시스템 크기와 무게를 줄이고 있습니다.
Tesla가 배터리에서 나오는 직류를 모터 구동 시 필요한 교류로 변환하는 장치인 Model 3의 트랙션 인버터에 탄화 규소(SiC) MOSFET를 통합한 지 약 5년이 지난 지금, 이 와이드 밴드갭(WBG) 기술은 전기 자동차 설계의 동력을 바꾸는 데 큰 진전을 이루었습니다.
Exawatt의 연구에 따르면 2030년까지 승용차 EV의 70%가 SiC MOSFET을 사용할 것으로 예측됩니다. 그리고 이 WBG 반도체 재료는 풍력 터빈에서 산업용 모터, 태양광 패널에 이르는 재생 에너지 설계를 변화시킬 것으로 기대됩니다.
차량 전기화 외에도, 트랙션 인버터와 같은 다양한 장치는 풍력 발전소, 태양광 발전 및 전력망의 전기화에서 에너지 흐름을 지속적으로 변환, 관리 및 조절합니다.
Infineon의 SiC 장치는 독일 뮌헨에서 전차의 모터 소음을 줄이기 위한 1년 파일럿 프로젝트의 핵심이었습니다.
하지만 SiC 부품이 태양광 인버터와 같은 재생 에너지 설계와 EV에 더 적합한 이유는 무엇일까요? 차량 전기화와 재생 에너지 시스템을 지원하는 전력 애플리케이션에서 효율성, 신뢰성 및 전력 밀도는 설계 엔지니어에게 계속되는 과제입니다. 그러나 실리콘 기반의 부품은 대부분 효율성 향상 및 시스템 비용 절감 측면에서 한계에 도달했습니다.
한편 트랙션 동력 장치, 산업용 모터 드라이브 및 에너지 인프라 솔루션과 같은 설계에는 효율성을 높이고 시스템 크기와 무게를 줄이며 신뢰성을 높이기 위한 고전압 전환 기술이 필요합니다. 이를 위해서는 시스템 수준에서 효율성을 개선하고 전력 밀도를 높이며 전자기 간섭을 줄이고 시스템 크기와 무게를 줄이는 새로운 유형의 전력 부품이 필요합니다. SiC 전력 반도체를 도입하십시오.
트랙션 인버터, 온보드 충전기(OBC), DC/DC 컨버터 및 전기식 친환경 컴프레서에서 SiC 부품이 핵심 설계 요소가 된 EV의 경우를 생각해 보십시오. 다음 섹션에서는 SiC 반도체가 EV 구동 장치 및 충전기의 효율성을 개선하고 크기를 줄이는 방법을 설명합니다.
SiC가 EV의 주류인 이유
EV가 주행 거리를 개선하기 위해 온보드 배터리의 용량을 늘리려는 것은 당연한 일입니다. 게다가 EV는 더 짧은 충전 시간에 대한 요구를 충족시키기 위해 전압이 더 높은 800V 배터리를 사용하고 있습니다. 따라서 자동차 설계자는 손실이 낮으면서 고전압에 견딜 수 있는 전원 장치를 필요로 합니다.
SiC 부품은 더 높은 열 도전율을 제공하면서 1,200V의 전압을 처리할 수 있습니다. 또한 고주파를 강력하게 처리하므로 전력 시스템 내의 수동 부품이 더 작아집니다. 이것이 바로 SiC 전원 장치가 효율성을 높이고 차량의 무게와 비용을 낮추는 데 도움이 되는 방법입니다.
전력원(배터리)에서 축으로 에너지를 공급하여 차량이 계속 주행할 수 있도록 하는 구동 장치 외에도, 가장 주목할 만한 인접 시장은 EV의 온보드 충전입니다. 여기서 컨버터 장치는 트랙션 인버터와 비슷하지만 정반대의 기능을 수행합니다. 배터리에 맞게 벽면의 AC 전원을 DC 전원으로 변환합니다.
캘리포니아의 자동차 제조업체인 Lucid는 자사의 첫 번째 럭셔리 세단 EV인 Lucid Air를 설계할 때 DC/DC 컨버터와 양방향 OBC를 통합하여 높은 전환 주파수에서 작동할 수 있는 첨단 역률-개선 회로가 지원되는 메인 온보드 충전 장치에 SiC MOSFET를 사용했습니다.
Rohm의 SiC MOSFET는 DC/DC 컨버터와 양방향 OBC를 통합하는 주요 온보드 충전 장치인 Lucid Air의 Wunderbox에 전원을 공급했습니다.
Rohm의 SCT3040K 및 SCT3080K SiC MOSFET를 통합하면서 Lucid가 설계 크기를 줄이고 높은 충전 효율로 인한 전력 손실을 줄일 수 있었습니다. Rohm은 메인 드라이브 인버터와 같은 자동차 구동 장치 시스템을 위해 SiC MOSFET을 최적화했습니다.
그리고 중국에는 Yutong Group이 출시한 전기 버스가 있습니다. 여기에서 전기 버스용 고효율 구동 장치 시스템은 Wolfspeed의 1,200V SiC MOSFET을 통합한 StarPower 모듈을 기반으로 합니다.
EV의 한계 능가:재생 에너지
SiC는 EV의 구동 장치 및 OBC 기능을 재구성하고 있지만 난방, 환기 및 에어컨(HVAC) 시스템에서 전력망, 산업용 모터에 이르는 다양한 전기화 애플리케이션을 지원할 수 있는 잠재력을 보여 주었습니다. SiC는 EV보다 더 큰 잠재력을 갖고 있습니다.
대표적인 예: 설치된 태양광 발전 수용량은 약 600개의 중형 석탄 화력 발전소를 대체하면서 전 세계에 확산되고 있습니다. 태양광 발전 시스템은 많은 인버터를 사용하며 여기서 무게와 크기는 태양광 패널을 설치할 때 주요 고려 사항입니다. 인버터 크기가 작아지면 태양광 패널을 설치하고 유지 관리하는 데 필요한 인력이 크게 줄어듭니다.
워싱턴 주 알링턴에 있는 대체 에너지 제품 생산업체인 Midnite Solar는 태양광 충전 컨트롤러, 듀얼 MPPT 충전 컨트롤러, 배터리 기반 충전기/인버터, 120/240V 인버터/충전기에 Rohm의 SiC MOSFET을 사용했습니다. Midnite Solar는 인버터가 양방향으로 작동해야 하는 충전기로 작동하는 동안 처음에 다른 다이오드와 함께 IGBT 쌍을 시도했습니다. 그러나 제대로 작동되지 않았고 결국에는 SiC가 설계 문제를 해결했습니다.
태양광 발전 인버터에 Wolfspeed의 SiC MOSFET을 사용하여 전력 밀도와 에너지 효율을 높이고 인버터의 무게를 줄인 Delta Energy Systems도 있습니다.
