¿Cuál es la tendencia del uso de diodos en las estaciones de carga de vehículos de nueva energía?

1. Iteración tecnológica: actualización de los tradicionales basados ​​en silicio-a semiconductores de banda prohibida amplia.
Los diodos tradicionales basados ​​en silicio-han dominado durante mucho tiempo el mercado de pilas de carga debido a su bajo coste y su tecnología madura. Sin embargo, con el desarrollo de vehículos de nueva energía hacia el alto voltaje y la alta potencia, el cuello de botella en el rendimiento de los diodos basados ​​en silicio-es cada vez más prominente. Por ejemplo, en el escenario de carga rápida de alto-voltaje de 800 V, la alta pérdida de recuperación inversa y la baja frecuencia de conmutación de los diodos basados ​​en silicio-conducen a una disminución en la eficiencia del sistema, mientras que los problemas de estabilidad en entornos de alta-temperatura también limitan su aplicación.

El auge de materiales semiconductores de banda prohibida amplia, como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), ha proporcionado una nueva dirección para mejorar la tecnología de diodos. Tomando como ejemplo los diodos SiC Schottky, tienen las siguientes ventajas:

Baja resistencia: la intensidad del campo de ruptura crítico del material de SiC es 10 veces mayor que la del silicio, lo que puede lograr una capa de deriva más delgada, reduciendo así la resistencia y la pérdida de energía.
Características de conmutación de alta frecuencia: el tiempo de recuperación inversa (t_rr) de los diodos de SiC es cercano a cero, lo que aumenta significativamente la frecuencia de conmutación y se adapta a los requisitos de los módulos de carga de alta-frecuencia.
Resistencia a altas temperaturas: los dispositivos de SiC pueden funcionar de manera estable en entornos superiores a 200 grados, lo que reduce la complejidad del diseño de disipación de calor y mejora la confiabilidad del sistema.
Según las predicciones de las instituciones de investigación de mercado, el tamaño del mercado mundial de diodos de SiC superará los 3 mil millones de dólares estadounidenses para 2026, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 15%, del cual el campo de pilas de carga representará más del 30%. Empresas nacionales como Silanwei y Yangjie Technology han logrado la producción en masa de diodos Schottky de SiC y han introducido gradualmente escenarios de alto valor-añadido, como pilas de carga y OBC (cargadores integrados).

2, Innovación de materiales: optimización colaborativa de la tecnología de embalaje y el diseño de disipación de calor
La mejora del rendimiento de los diodos no solo depende de la innovación de materiales, sino que también requiere una optimización colaborativa de la tecnología de embalaje y el diseño de disipación de calor. En la aplicación de estaciones de carga, los diodos deben soportar condiciones duras, como alta corriente, alto voltaje y conmutación de alta-frecuencia, y las formas de embalaje tradicionales (como DO-41, TO-220) ya no pueden cumplir con los requisitos. Actualmente, la industria está acelerando su evolución hacia las siguientes direcciones:

Embalaje compacto: DFN (doble-cara plana sin pines), SODFL (diodo de parche pequeño) y otras formas de embalaje se han convertido en la opción preferida para diseños de PCB de alta-densidad debido a su pequeño tamaño y bajos parámetros parásitos. Por ejemplo, los diodos empaquetados DFN pueden reducir el tamaño del dispositivo a 1/5 del de los productos tradicionales y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de disipación de calor.
Embalaje de alta disipación de calor: para los módulos de carga de alta-potencia, las empresas mejoran la conductividad térmica de los diodos mediante el uso de materiales como sustratos de cobre y embalajes cerámicos. Por ejemplo, un diodo de SiC encapsulado en cerámica desarrollado por una determinada empresa puede reducir el aumento de temperatura en 40 grados y mejorar la eficiencia del sistema en un 2 % en comparación con los dispositivos tradicionales basados ​​en silicio-en un escenario de carga ultrarrápida de 350 kW.
Diseño integrado: integre varias unidades de diodos en un solo módulo o empaquetelas junto con MOSFET y un circuito de accionamiento para formar un complejo de dispositivos de potencia (como un módulo IPM), que puede simplificar el diseño del circuito, reducir la inductancia parásita y mejorar la confiabilidad del sistema.
3. Ampliación del escenario de aplicación: desde el módulo de carga hasta la protección completa de la cadena
Con la actualización de la tecnología de las estaciones de carga, los escenarios de aplicación de los diodos se están extendiendo desde los módulos de carga tradicionales a toda la cadena, cubriendo múltiples aspectos como la gestión de energía, la compatibilidad electromagnética (EMC) y la protección de seguridad.

Gestión de energía: en circuitos PFC (corrección del factor de potencia), los diodos de recuperación rápida combinados con MOSFET de SiC pueden lograr una alta-eficiencia y una baja conversión de energía armónica, cumpliendo con los requisitos del estándar IEC 61000-3-2.
Compatibilidad electromagnética: los diodos TVS (supresión de tensión transitoria), con su velocidad de respuesta de nanosegundos, pueden suprimir eficazmente las sobretensiones generadas cuando las estaciones de carga están conectadas a los vehículos, protegiendo el circuito aguas abajo de daños. Por ejemplo, un diodo TVS de 5 kW desarrollado por una determinada empresa tiene una precisión de tensión de sujeción de ± 5 % y una capacidad de absorción de sobretensiones aumentada de 10 kA.
Protección de seguridad: en la interfaz de la pistola de carga, la matriz de diodos puede formar circuitos de protección contra reversa y sobretensión/sobrecorriente para evitar daños al equipo causados ​​por un mal funcionamiento. Por ejemplo, el sistema de carga de un determinado modelo de automóvil utiliza diodos TVS bidireccionales para mantener el voltaje inverso dentro de un rango seguro, evitando el riesgo de sobrecargar la batería.