أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة لكهربة الطائرات
وقعت شركتا Airbus و STMicroelectronics (ST) اتفاقية للتعاون في مجال البحث والتطوير في مجال إلكترونيات الطاقة لدعم إلكترونيات طاقة أكثر كفاءة وأخف وزناً ، والتي تعد ضرورية للطائرات التي تعمل بالطاقة الهجينة والمركبات الجوية الحضرية الكهربائية بالكامل. يعتمد التعاون على التقييمات السابقة التي أجرتها الشركتان لاستكشاف مزايا مواد أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة (WBG) لكهربة الطائرات.
أخبر ريكاردو نيكولوسو ، المدير العام لقسم حلول المواد والطاقة الجديد في ST ، شركة Power Electronics News أن التعاون في مجال البحث والتطوير سيبدأ مع متظاهرين متقدمين في البحث والاختبار حول وحدات التحكم في المحركات الإلكترونية ومحولات الطاقة عالية ومنخفضة الجهد وأنظمة نقل الطاقة اللاسلكية في إطار خارطة طريق إيرباص ZEROe و CityAirbus NextGen.
SiC & GaN
من المتوقع أن تنمو الحركة الجوية في السنوات القادمة بسبب التوسع السريع في صناعة الطيران. توفر أجهزة التحكم في المحركات وإمدادات الطاقة من WBG خيارات مبتكرة لإدارة الطاقة للطائرات. يعد كربيد السيليكون ونتريد الغاليوم بمكونات منخفضة الوزن لتقليل استهلاك الوقود والانبعاثات في قطاع الطيران ، ويهتم الباحثون بمحولات الطاقة عالية الكثافة ، حيث أن الحلول مستقرة عند درجات حرارة تشغيل أعلى.
تمتلك أشباه الموصلات WBG خصائص كهربائية فائقة مقارنة بالسيليكون. وفقًا لنيكولوسو ، تعتبر SiC و GaN عوامل تمكين رئيسية لكهربة الطائرات نظرًا لكثافة طاقتها الكبيرة وخسائر التحويل المنخفضة والقدرة على العمل في درجات حرارة أعلى مقارنة بتطبيقات الطاقة القائمة على السيليكون.
“يمكن أن توفر هذه الخصائص كفاءة أعلى في استخدام الطاقة وموثوقية أكبر ، مما يسمح [us] لتصميم أنظمة لكهربة الطائرات مع تحسين نسبة الطاقة إلى الوزن ، وتقليل الحجم والقدرة على العمل في بيئة ذات درجة حرارة عالية ، “قال نيكولوسو.
أحدث تطوير أجهزة أشباه الموصلات الجديدة القادرة على تحمل الفولتية والتيارات العالية باستخدام مواد مثل SiC و GaN تغييرًا مهمًا وإيجابيًا في إلكترونيات الطاقة. يحتوي SiC على فجوة نطاق عريضة وموصلية حرارية عالية ومقاومة عالية لتكسير المجال الكهربائي ، مما يساعد في تقليل فقد الطاقة. بالإضافة إلى صناعة الطيران ، تعد المركبات الكهربائية مجال تطبيق خاص حيث تكون الحاجة إلى زيادة الاكتناز ، وكثافة الطاقة العالية والتشغيل في درجات حرارة عالية أمرًا بالغ الأهمية.
كان السيليكون هو التكنولوجيا السائدة في العديد من التطبيقات ، ولكن مع ظهور أشباه موصلات الطاقة الجديدة هذه – على وجه التحديد ، SiC MOSFETs وثنائيات SiC – يمكن لمصممي إلكترونيات الطاقة الاستفادة من سرعات تحويل أعلى جديدة وخسائر أقل مقارنة بالتقنية القائمة على السيليكون.
ستركز الشراكة على تطوير أجهزة وحزم ووحدات SiC و GaN لتطبيقات طائرات إيرباص. سيتم استخدام وحدات التحكم في المحركات الإلكترونية ومحولات الطاقة ذات الجهد العالي والمنخفض وأنظمة نقل الطاقة اللاسلكية لاختبار هذه المكونات.
قال نيكولوسو: “حاليًا ، ليس لدى ST أي تطبيقات في مجالات الطيران وإلكترونيات الطيران باستخدام تقنيات SiC و GaN”. “ومع ذلك ، يمكن لمسار التأهيل لاعتماد الطائرات الاستفادة من المنهجية التي تم تنفيذها بالفعل بنجاح في تأهيل المنتجات من فئة السيارات ، حيث تعتبر ST حاليًا رائدة في السوق بفضل تشكيلة SiC MOSFET المتقدمة التي يستخدمها العديد من شركات صناعة السيارات المهمة في جميع أنحاء العالم. المركبات الكهربائية. نقدر اليوم أن أكثر من 5 ملايين سيارة ركاب على الطريق تستخدم أجهزة ST SiC “.
دائمًا ما يشكل الاعتماد المبكر لمواد جديدة تمامًا تحديات. قال نيكولوسو: “لم تمنع مثل هذه الشكوك من شركة إس تي من تقديم المنتجات الأولى من فئة السيارات التي تشغل اليوم ملايين السيارات الكهربائية”. “نحن لا نرى عوامل محددة في اعتماد مواد ذات فجوة نطاق واسعة في تطبيقات الطيران.”
وفقًا لنيكولوسو ، أجرت شركتا Airbus و ST اختبارات تقييم على أشباه موصلات SiC لعدة سنوات حتى الآن ، وأظهرت نتائج إيجابية للغاية. “يأخذ هذا التعاون خطوة أخرى إلى الأمام لتلبية جميع المتطلبات المحددة لهذا السوق المتطلب وتطوير منتجات تتكيف مع كهربة الطائرات ، من خلال نهج تقييم مشترك. ستساعد الخبرة المشتركة لكل من إيرباص وإس تي في مجالات تخصصهما بشكل كبير على الانتقال إلى كهربة أعلى في الطائرات وسيارات الأجرة في المدينة “.
هناك العديد من الأنظمة الإلكترونية في الطائرة التي تستخدم مكونات الطاقة. يتم استخدام محولات الطاقة AC / DC و DC / DC لمجموعة متنوعة من تطبيقات الجهد العالي والجهد المنخفض (28-V).
تعد إدارة دائرة تكييف محرك البوابة أحد أهم تحديات التصميم لإلكترونيات الطاقة ودوائر محرك المحركات التي تستخدم أجهزة SiC. إدارة توقيت البوابة مسعى صعب. يمكن استخدام تصميم دقيق للتحكم في البوابة لتنظيم سرعة جهاز SiC لتقليل الخسائر.
يعد هذا تعاونًا رئيسيًا استعدادًا لكهربة الطائرات القادمة ، وسيكون له تأثير إيجابي على النظام البيئي لصناعة الطيران. قال نيكولوسو: “نتوقع أن تستفيد سلسلة التوريد الكاملة من هذه المبادرة التعاونية في تبني تقنيات أشباه الموصلات الجديدة بهدف توسيع نطاق إزالة الكربون من الأرض إلى الجو”. “سيساعد التعاون الوثيق بين إس تي وإيرباص على تسريع اعتماد مواد مجموعة البنك الدولي في مجال تطبيقات الطيران وسيكون بلا شك علامة فارقة في كهربة الطائرات.”
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
