DRONPARTS компоненты бпла Запрос предложения
Разбор

Карбид кремния в регуляторах хода: почему на 12–24S выигрывают не SiC, а кремний и GaN

SiC-транзисторы дают выигрыш на сотнях вольт — в зарядных станциях и тяговых инверторах. На шине дрона 50–100 В их обходят низковольтные кремниевые MOSFET и нитрид галлия.

Из чего складываются потери в ключе

Потери транзистора в регуляторе делятся на две части: проводимость — ток через открытый ключ на его сопротивлении, и переключение — энергия, которая теряется на каждом фронте ШИМ. Вторая растёт с напряжением шины, частотой ШИМ и зарядом затвора.

На 6S и даже на 12S в хорошем регуляторе основная часть тепла — проводимость: токи в сотни ампер идут через ключи с сопротивлением около миллиома. Переключение становится заметным с ростом напряжения и частоты ШИМ.

Что на самом деле даёт карбид кремния

Критическое поле пробоя у SiC примерно в десять раз выше, чем у кремния, а ширина запрещённой зоны — примерно втрое. Это позволяет сделать тонкий слой, держащий сотни вольт, и работать при более высокой температуре кристалла.

Выигрыш проявляется там, где ключ держит 600–1200 В: в тяговых инверторах, зарядных станциях, промышленных приводах. Серийные SiC-MOSFET начинаются с 650 В. На шине 50–100 В такой ключ избыточен: сопротивление в открытом состоянии у него выше, чем у низковольтного кремниевого того же размера, а цена — больше.

Что стоит в регуляторах на 12–24S

Регуляторы для тяжёлых мультироторов и VTOL строят на кремниевых trench-MOSFET на 80–150 В: сопротивление в открытом состоянии порядка миллиома и отработанное параллельное включение. Сборка 24S заряжена до 100,8 В, поэтому для неё берут ключи на 150 В с запасом по выбросам.

Реальная альтернатива кремнию на этом напряжении — нитрид галлия. GaN-транзисторы на 100 В переключаются быстрее и с меньшим зарядом затвора, что позволяет поднять частоту ШИМ без роста нагрева. Плата — требования к разводке: быстрые фронты чувствительны к паразитной индуктивности, и неаккуратная плата съедает выигрыш звоном и выбросами.

Высоковольтные регуляторы в каталоге

Тип ключей производители в паспортах почти никогда не указывают, поэтому сравнивать приходится по опубликованному: току, напряжению и массе.

РегуляторТок длительныйПитаниеМасса
YGE Aureus 265265 А4–14S350 г с проводами
YGE Opto 255255 А6–16S, до 68 В343 г с проводами
Scorpion Tribunus III 14-220A220 А13–61 В294 г
T-MOTOR FLAME 200A 14S200 А6–14S—
Hobbywing XRotor Pro H300A 24S150 А12–24S (36–108 В)—

Данные по карточкам каталога. Ни один из этих регуляторов не заявлен производителем как построенный на SiC.

Что из этого следует при подборе

Надпись «SiC» на регуляторе для 12–24S — скорее маркетинг, чем преимущество: на этом напряжении физика на стороне низковольтного кремния и GaN. Смотреть стоит на другое: ток при заявленной температуре и условиях обдува, частоту ШИМ, массу с радиатором и то, как производитель считает длительный ток.

Если регулятор действительно на GaN, это видно по высокой частоте ШИМ при малой массе — и по требованиям к длине силовых проводов и входным конденсаторам, которые такой производитель обычно оговаривает отдельно.

Источники

Что смотреть в каталоге

Другие новости