أشباه الموصلات GaN في التنقل الصغير – أخبار إلكترونيات الطاقة
[ad_1]
وتشير تقارير السوق إلى تزايد الطلب على مبيعات الدراجات الإلكترونية، ويعزى ذلك إلى مكونات أشباه الموصلات المتقدمة داخل وحدة التحكم، والمعروفة بكفاءتها وأدائها العالي. يمكن ربط الطلب المتزايد على الدراجات الإلكترونية بعوامل مختلفة، مثل الوعي البيئي المتزايد والحاجة إلى وسائل سفر أكثر خضرة واستدامة وأكثر سهولة في الاستخدام. ومن المهم ملاحظة أن أشباه موصلات GaN تلعب دورًا حيويًا في تمكين حلول التنقل الصغيرة هذه، مما يوفر كفاءة وعزم دوران ومدى معززين.
تركز هذه المقالة على تحدي المنتج الذي قدمته FTEX، والذي يتضمن تصميم وحدة تحكم للدراجة الإلكترونية مسؤولة عن تحويل الطاقة من بطارية الدراجة وتوصيلها بشكل فعال إلى المحرك. تؤثر كفاءة استخدام الطاقة لوحدة التحكم، إلى جانب حجمها ووزنها، بشكل مباشر على نطاق الدراجة الإلكترونية عند شحن بطارية واحدة. يتضمن تحدي التصميم استخدام التصميم الإلكتروني المتقدم ومكونات الطاقة عالية الكفاءة لتحقيق هذه التحسينات المطلوبة.
وقال جيم ويثام، الرئيس التنفيذي لشركة GaN Systems: “إن شراكتنا مع FTEX تسلط الضوء على الطلب المتزايد على حلول التحكم في المحركات القائمة على GaN للمركبات الكهربائية، من الدراجات الإلكترونية إلى الدراجات النارية إلى السيارات”.
كيف قامت FTEX بتحسين الكفاءة في الدراجات الإلكترونية باستخدام ترانزستورات GaN؟
قامت شركة FTEX، وهي شركة متخصصة في التصميم الهندسي وتصنيع أنظمة التحكم الدقيقة في المحركات للسيارات الكهربائية الصغيرة، بتطوير وحدة تحكم ذكية للدراجة الإلكترونية. تستخدم وحدة التحكم الذكية هذه مفهوم التحكم الموجه ميدانيًا بالاشتراك مع ترانزستورات GaN. توفر GaN، وهي مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق واسعة، فوائد كبيرة مقارنة بأجهزة الطاقة التقليدية.
بفضل فجوة نطاق الطاقة الأوسع، يعمل GaN بكفاءة عند الفولتية ودرجات الحرارة والترددات الأعلى. هذه الخصائص لترانزستورات GaN تزودها بكثافة طاقة أعلى مع الحفاظ على كفاءة عالية. ونتيجة لذلك، توفر وحدة التحكم الذكية بالدراجة الإلكترونية تحكمًا في المحرك يعمل على تحسين المعايير من حيث الكفاءة والموثوقية وكثافة الطاقة.
تستفيد وحدة التحكم الذكية في الدراجة الإلكترونية من مدخلات المستخدم وأجهزة الاستشعار لمراقبة المعلمات المهمة للدراجة الإلكترونية، مثل جهد البطارية وسرعة الدراجة وقوة المحرك ونشاط استخدام الدواسات، من بين أمور أخرى. وبالتالي، يتم حاليًا دراسة ترانزستورات GaN واستخدامها في مجالات مختلفة من إلكترونيات الطاقة مثل مضخمات الترددات اللاسلكية وأنظمة الطاقة المتجددة.
بالإضافة إلى ذلك، تتضمن وحدة التحكم وظائف مهمة مثل مساعدة الدواسة، مما يسمح للركاب بتعزيز تجربة ركوب الدراجات الخاصة بهم. توفر إمكانات إنترنت الأشياء لوحدة التحكم للمستخدمين آليات قفل/فتح مريحة وتتبع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، مما يحسن أمان الدراجات الإلكترونية وإمكانات التتبع.
توفر FTEX تصميمات وحدات تحكم المحرك القابلة للبرمجة والتي تدمج تقنية GaN لإنشاء حلول مجموعة نقل الحركة للمركبات الكهربائية. وحدة التحكم في المحرك محددة بالبرمجيات وحالة صلبة وتجمع بين البرامج المتقدمة والأجهزة المدمجة لتحسين أداء المحركات الكهربائية.
إن قدرتها على دمج أشباه الموصلات عالية الأداء وعالية التردد من GaN التي توفرها أنظمة GaN تمكن الشركة من تحقيق زيادة في الطاقة والكفاءة في تطبيقات التنقل الإلكتروني. وفقًا لـ FTEX، يمكن لحلول توليد القوة من GaN Systems أن تعزز نطاق وقوة المركبات الكهربائية بنسبة تصل إلى 30%.
وقال ويثام: “من خلال استبدال ترانزستورات السيليكون القديمة بترانزستورات GaN Systems، يمكن لمصممي مجموعة نقل الحركة الكهربائية إجراء تحسينات واسعة النطاق على حلول سياراتهم الكهربائية، بما في ذلك تقليل حجم العاكسات والمحولات، وزيادة الطاقة وزيادة الكفاءة إلى الحد الأقصى”.
تحليل معلمات الأداء
لمقارنة فقدان الطاقة وكفاءة الدراجة الإلكترونية المجهزة بوحدة تحكم تقليدية مع وحدة التحكم الذكية FTEX، أجرى مهندسون من FTEX دراسة بينما كانت الدراجة الإلكترونية تخضع للتسارع تحت ظروف التحميل.
تعمل وحدة التحكم في المحرك FTEX بشكل مناسب للحفاظ على الحد الأقصى لنسبة عزم الدوران إلى التيار خلال المواقف العابرة والحالة المستقرة. أحد العوامل الرئيسية التي تساهم في هذا الأداء هو دمج ترانزستورات GaN Systems الخاصة بـ GaN Systems في دوائر الطاقة. تُظهِر ترانزستورات GaN الحد الأدنى من خسائر التبديل وإمكانية التحكم العالية حتى عند السرعات العالية.
خلال الدراسة، قام المهندسون بتقييم التيار المتردد للمحرك. لقد أجروا حسابات على طاقة الإدخال (جانب التيار المستمر) وطاقة الخرج (الجانب الميكانيكي) لتقييم فقدان الطاقة والحصول على نظرة ثاقبة حول الكفاءة الإجمالية لوحدة التحكم. تم إجراء القياسات على محرك قياسي بقدرة 500 واط مع ظروف طاقة دخل ثابتة.
قام FTEX بقياس تيار الطور الحركي، والذي يوفر نظرة ثاقبة حول فقدان الطاقة. ومن خلال طرح إجمالي الخسائر من الطاقة المدخلة، تمكنت الشركة من تحديد الطاقة الناتجة. لقد طبقوا معادلة الكفاءة القياسية لتقييم الكفاءة الإجمالية للنظام، والتي تم الحصول عليها من خلال طاقة الخرج مضروبة في طاقة الإدخال مضروبة في 100.
نتائج
تظهر النتائج أن التصميم القائم على GaN يتفوق على وحدة التحكم التقليدية من خلال توفير ضعف طاقة الخرج. في حين أن وحدة التحكم المستندة إلى FTEX GaN يمكنها تحقيق 1600 واط من الطاقة، فإن وحدة التحكم التقليدية تتخلف عن الركب بـ 800 واط فقط. وتسلط هذه الزيادة الكبيرة في خرج الطاقة الضوء على قدرات وكفاءة تقنية GaN، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب أداءً أعلى .
الصورة أعلاه تقارن معدلات التسارع لمحركين: محرك FTEX ومحرك المنافس. تتم المقارنة في ظل ظروف التحميل بينما تتعرض الدراجة لحمولة 600 واط عند 200 دورة في الدقيقة. لوحظ أن وحدة التحكم FTEX توفر تسارعًا أسرع عند تطبيق نفس التيار، مما يعني أنها توفر عزم دوران أكبر لكل أمبير (نيوتن-متر/أمبير) مقارنة بمحرك المنافس.
تدعي FTEX أن مفاتيح الترانزستور GaN عالية الأداء سمحت لوحدة التحكم FTEX بتحسين نطاق الدراجة الإلكترونية بنسبة تصل إلى 15٪ مقارنة بوحدات التحكم التقليدية. علاوة على ذلك، يساهم انخفاض فقدان الطاقة في وحدة التحكم FTEX في الحفاظ على برودة المحرك والدوائر، مما يؤدي إلى تحسين الأداء وعمر المكونات.
وأوضح ألكسندر كوزنو، كبير مسؤولي التكنولوجيا في FTEX، أن تصميم الأجهزة يركز على عاملين حاسمين: التعزيز الحراري والتبديل عالي التردد. يمكن للشركة تحسين أدائها من خلال الاستفادة من أجهزة أشباه الموصلات GaN، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة بنسبة 2.5%. علاوة على ذلك، يعمل هذا التصميم على مضاعفة كثافة الطاقة، مما يسمح لوحدة التحكم بالتعامل مع المزيد من الطاقة ضمن حزمة مدمجة مع تقليل وزنها بمقدار النصف أيضًا.
مراجع
1أنظمة GaN. “أنظمة GaN وFTEX تزيد من نطاق التنقل الإلكتروني والطاقة بنسبة 30%.”
2فتيكس. (أغسطس 2021). “تعرض FTEX تصميمات وحدات التحكم الذكية في المحركات التي تعمل بتقنية GaN @EuroBike 2021.”
3أنظمة GaN. (يونيو 2023). “GaN في التنقل الصغير: توسيع النطاق بنسبة 15%.”
[ad_2]
