Az e-mobilitási iparág számos ambíciót hordoz magában, amelyek közül az elsődleges természetesen a fenntarthatóság. A fenntartható közlekedés megvalósítása azonban a hatékony működésen alapuló, átgondolt terméktervezésen múlik. A nagy hatékonyságú hajtásrendszer fejlesztése például kiemelt fontosságú az e-mobilitási gyártók körében, és egyre többen fordulnak a CISSOID szilícium-karbid (SiC) alapú teljesítménymoduljaihoz és invertereihez a megoldás érdekében.
A SiC technológia kritikus fontosságú az e-mobilitás hajtáslánc-alkalmazásokban a nagyobb hatékonyság, a kompakt méret és a hőállóság eléréséhez. Azonban kevés e-mobilitás-gyártó fogadja el ezeket az előnyöket, ha ez a teljesítmény feláldozását jelenti. A mérnökök olyan nagy hatékonyságú hajtásokat is szeretnének fejleszteni, amelyek csökkentik a hűtési igényt és maximalizálják a megbízhatóságot.
Egy nagy hatékonyságú SiC-alapú inverter kiválasztása azt jelenti, hogy a felhasználóknak nem kell lemondaniuk olyan előfeltételekről, mint a nagy teljesítmény és a nagyfokú megbízhatóság. Ez nagyrészt a SiC alacsonyabb kapcsolási veszteségeinek és magasabb
hőmérsékleti képességeinek köszönhető, ami nagyobb mozgásteret eredményez a teljesítménymodul hőmérsékleti tartományában. A nagyobb mozgástér nagyobb kapacitást jelent a fenntartható teljesítményhez. Ezenkívül, mivel a félvezetők öregedési folyamata főként a megengedett csatlakozási hőmérséklet határain való állandó működésnek köszönhető, a teljesítmény-félvezetők üzemi élettartama jelentősen megnő.
A tervezőmérnökök a nagy hatékonyságú SiC-alapú inverterek további előnyeit is kihasználhatják. Például egy hatékonyabb kapcsolási megoldás kiválasztása a hűtési igény csökkenését jelenti, lehetővé téve a hűtőrendszer méretének és súlyának csökkentését. Ez a tényező kritikus fontosságú, mivel a súly az elektromos járművek egyik fő ellensége, mivel hajlamos gyorsabb akkumulátor-lemerülésre és csökkentett hatótávolságra. A nagyobb hatékonyság a választási lehetőséget is támogatja: vagy az akkumulátor méretének csökkentése a hatótávolság megtartása érdekében, vagy az akkumulátor méretének megtartása a hatótávolság növelése érdekében.
A CISSOID hosszú múltra tekint vissza a magas hőmérsékletű félvezetők gyártásában, valamint olyan modulok és félvezetők gyártásában szerzett szakértelemmel rendelkezik, amelyek ellenállnak a mai útfelületekre jellemző szélsőséges rezgési környezeteknek. Az ilyen jellegű tapasztalat kulcsfontosságú egy olyan korban, amikor a teljesítményelektronika gyors ütemű fejlődése kényes egyensúlyt követel meg a teljesítmény, a rugalmasság és a piacra jutási idő között. A mérnökök gyakran nehéz választással szembesülnek: merev, polcról leemelhető inverterek, amelyek korlátozzák az optimalizálást, vagy teljesen egyedi hardver és szoftver, amelyek jelentős fejlesztési időt és validálást igényelnek.
A vállalat laboratóriumi és fedélzeti inverter referenciatervei lerövidíthetik az elektromos hajtásláncok fejlesztési idejét. A mérnökök egy meglévő, bevált megoldással napokon belül beindíthatják és kalibrálhatják villanymotorjukat. A megoldás rövid időn belül beépíthető egy koncepciótervbe vagy prototípusba, ami drasztikusan felgyorsítja a piacra jutási időt.
Ezek a komplett SiC inverter referenciatervek a CISSOID 3 fázisú, 1200V/340A-550A SiC inverter vezérlőmoduljain (ICM) alapulnak, amelyek 50-től 460 kW-ig (60 másodperces csúcs) terjedő teljesítménytartományt fednek le 50~850V sínfeszültségen. A referenciatervek egy egyedi, alacsony induktivitással rendelkező DC köri kondenzátort, áramérzékelőket és egy DC sín EMC/EMI szűrőt tartalmaznak, valamint a szükséges táp- és kommunikációs+vezérlő csatlakozókat. Mindez egy kevesebb mint 7 literes házban, több mint 67 kW/liter teljesítménysűrűséget elérve.
Figyelemre méltó, hogy ezek az ICM-ek egy előminősített, funkcionálisan biztonságos megoldást kínálnak, amely ötvözi a kész rendszerek hatékonyságát a különálló hardverkomponensek testreszabási lehetőségeivel. Ez a „mindkét világ legjobbját” alkalmazó megközelítés lehetővé teszi a gyártók számára, hogy inverter-terveiket az adott feszültség-, teljesítmény- és motorvezérlési követelményekhez igazítsák, felgyorsítva a fejlesztést, miközben garantálják a biztonságot és a teljesítményt.
A terepen bevált invertervezérlési technológia testreszabható hardverinterfészekkel való integrálásával az ICM-ek lehetővé teszik a fejlesztők számára, hogy finomhangolják invertereiket a hatékonyság és a megbízhatóság maximalizálása, valamint a szigorú biztonsági előírások betartása érdekében. Skálázhatóságuk és könnyű integrációjuk segíti az ügyfeleket a jövőbiztos tervek kidolgozásában és a fejlesztési kockázatok csökkentésében, így korszakalkotó megoldást jelentenek a következő generációs e-mobilitási megoldások terén.
Megjegyzendő, hogy a SiC teljesítménymodulok gyorsabb kapcsolásra és magasabb frekvenciákon való működésre való képessége elengedhetetlenné teszi az olyan vezérlőtechnológiához való hozzáférést, amely gyorsabban képes valós idejű algoritmusokat futtatni. A CISSOID ICM inverter platformjának középpontjában a Silicon Mobility Adaptive Control Unit T222 (ACU T222) processzora áll. Ez a rendkívül rugalmas processzor – amelyet kifejezetten az elektromos motorok biztonságos és hatékony meghajtására fejlesztettek ki – programozható hardvert tartalmaz, amely felgyorsítja a kritikus eseményekre adott válaszidőket.
A kettős ARM®️ Cortex-R5F maggal, amely lépésről lépésre működő üzemmódban fut, az ACU T222 a valós idejű és kritikus biztonsági feldolgozást a következő szintre emeli. A rugalmas logikai egységbe épített programozható logika jelentősen felgyorsítja az érzékelők és aktuátorok valós idejű feldolgozását és vezérlését.
A rugalmasan programozható logika a fontos alapvető feldolgozási ciklusokat az Advanced Motor Event Control (AMEC®️) blokkra bízza, lehetővé téve a hibák gyors észlelését és a korrekciós intézkedések végrehajtását. Mindez káprázatosan gyors válaszidőket eredményez, így a rendszerszintű hibák észlelése, javítása és elszigetelése néhány tíz nanoszekundumra csökken. További jellemzők közé tartoznak a CAN kommunikációs portok és a Lauterbach TRACE interfész a kalibrálási és hibakeresési tevékenységekhez.
Mindezek a funkciók lehetővé teszik a biztonságkritikus alkalmazások megbízható és gyors végrehajtását valós időben. Mind a T222 processzor, mind az inverter szoftvere ISO26262 ASIL-D tanúsítvánnyal rendelkezik a funkcionális biztonság érdekében, amíg a CISSOID ICM technológiája ISO-26262 ASIL-C Ready tanúsítvánnyal rendelkezik.
A vezérlő hardver és szoftver hatékonyan kezeli a motor helyzet-, áram- és hőmérséklet-érzékelőkből érkező jeleket. Különösen figyelemre méltó, hogy a vezérlőpanel és az intelligens teljesítménymodulok közötti mechanikai és elektromos integráció egy újabb akadályt hárít el a fejlesztők útjából.
A fejlett teljesítményfokozat-kialakításnak és a SiC technológiának köszönhetően az inverter platform következetesen 99% feletti csúcshatásfokot biztosít. A valós e-mobilitási alkalmazásokban kiváló teljesítményt nyújt széles működési tartományban – jellemzően 93~94%-os hatásfokot (néha magasabbat) ér el az elektromos hajtáslánc teljes sebesség- és nyomatéktartományában.
A CISSOID megoldásának lényege, hogy a mérnökök azonnal használható, kész technológiára építhetnek, így rendkívül gyorsan, minimális fejlesztési idővel indíthatják el projektjeiket. A megoldás ezután lehetővé teszi mind a szoftver, mind a hardver testreszabását az alkalmazás által megkövetelt mértékben. Az e-mobilitási beszállítók így profitálnak a különféle termékkonfigurációkba való gyors integrációból, kiterjedt egyedi tervezés nélkül. Ez a megközelítés jelentősen lerövidíti a fejlesztési ciklusokat és felgyorsítja a piacra jutási időt – ami elengedhetetlen a versenyképes, innovációvezérelt piacokon, mint például az e-mobilitás.
A CISSOID felismerte, hogy a SiC bevezetésének technológiai szűk keresztmetszetének leküzdése kulcsfontosságú az e-mobilitás felgyorsításához. Egy használatra kész, funkcionálisan biztonságos SiC-alapú inverter platform biztosításával – a kapuvezérlőktől a beágyazott szoftverekig – a tervezők az alapvető innovációkra és versenyelőnyökre összpontosíthatnak a teljesítményelektronikai integráció bonyolultsága helyett.
Mike Sandyck
E-mail: marketing@cissoid.com
www.cissoid.com
Tel: +32 10 48 92 10
A CISSOID vezető szerepet tölt be a teljesítmény-félvezető megoldások terén, többfázisú, nagyáramú teljesítménykapcsoló modulokat, motorvezérlő rendszereket és szoftvereket szállít a teljesítményigények széles skálájára. Megoldásaink a chip-alapú rendszerektől a teljes szilícium-karbid (SiC) és gallium-nitrid (GaN) alapú inverter referenciatervekig terjednek, támogatva az e-mobilitás és a nagy teljesítményű alkalmazások egyre bővülő skáláját. Vezető szerepünk és szakértelmünk az extrém magas hőmérsékletű félvezetők, a nagy megbízhatóságú megoldások és a tokozások terén lehetővé teszi számunkra, hogy a piacok széles skáláján kezeljük a folyamatosan növekvő teljesítménysűrűségi kihívásokat.
