Inmotion utvecklar kraftomvandlare i olika effektklasser för elektriska drivlinor i tunga fordon och lagertruckar.

Lars Lindberg

− Just nu förbereder vi volymtillverkning av vår andra generationen av en DC/DC-omvandlare som transformerar ner en batterispänning på 700 V till 28 V i fordonet, säger Lars Lindberg, chef för utveckling av system och hårdvara på Inmotion.

Det speciella med omvandlaren, kallad DCC2, är att IGBT:n i kisel har fått lämna plats till förmån för 1200 V-transistorer i kiselkarbid.

Genom bytet har verkningsgraden gått från 90 procent till 95 procent. En höjning som känns närmast ofattbar.

− Ja, grovt stämmer det. Med DCC2 ligger vi mycket nära 96 procent även om verkningsgraden beror av vilken arbetspunkt man kör. Genom att byta till SiC höjer vi verkningsgraden med mellan fem och sex procent, säger Lars Lindberg.

Den nya omvandlaren kommer i fyra versioner med en uteffekt från 3,75 kW till 7,5 kW. I samtliga sitter det fyra MOSFET:ar i kiselkarbid, men det är 7,5 kW-versionen som nu förbereds för höga volymer.

Bakom satsningen ligger ett antal utvärderingsprojekt delfinansierade av Vinnova och Energimyndigheten och drivna genom SiC Power Center i Kista under perioden mellan år 2011 – då de första SiC-transistorerna började dyka upp – till och år 2015.

Genom projekten har deltagarna visat att det går att lita på SiC-komponenter och att verkningsgraden skjuter i höjden som förväntat.

Thord Nilson

− Vi har varit intresserade av SiC länge, men inte kunnat få tag på komponenter. Därför har forskningsprojekten varit ett sätt för oss att få testa tekniken i ett tidigare skede, förklarar Thord Nilson, specialist på utveckling av kraftelektronik på Inmotion.

I utvecklingsarbetet har företaget valt att konstruera med diskreta MOSFET:ar kapslade i TO-247. Det är en standardkapsel för både Si- och SiC-komponenter i klassen från 10 till 100 A.

Ett antal SiC-kretsar har utvärderats, men fokus har främst legat på transistorer från de tre största tillverkarna: Cree/Wolfspeed, Rohm och ST Microelectronics.

− Vi har även tittat på kretsar från Infineon, men när vi valde lösning hade företaget inte något alternativ som var enkelt att använda, säger Thord Nilson.

Numera finns det en uppsjö SiC-transistorer för 1200 V som fungerar bra. MOSFET:ar i kisel i samma spänningsklass har däremot väldigt höga ledförluster, så de är inte lämpliga att använda.

Alternativet är istället IGBT:er, som dock switchar mycket långsammare. Likaså har IGBT:er ett karakteristiskt knä i framspänningsfallet, så även om man sänker strömmen får man en betydande effektförlust som påverkar verkningsgraden negativt.

Under lång tid har bristen på komponenter, med högt pris som följd, varit en bromskloss för SiC. Fortfarande är SiC-komponenter dyrare än kisel.

Samtidigt går det inte att stirra sig blind på komponentkostnaden för att se vinsten med SiC, som beror av många detaljer, som exempelvis hur snabbt en konstruktion ska switcha.

− Om du bara ska switcha i 4 kHz, då kanske SiC är 5–6 gånger dyrare än kisel. Ska du switcha i 100 kHz kan det däremot vara billigare med SiC, förklarar Thord Nilson.

Slutsatsen är att man bör studera hela systemets kostnad vid val av komponent. Kiselkarbid har högre verkningsgrad, kräver lite mindre transformatorer och har mindre kylbehov.

Denna artikel har tidigare publicerats i magasinet Elektronik­tidningen. För dig som jobbar i den svenska elektronik­branschen är Elektronik­tidningen gratis att prenumerera på – våra annonsörer betalar kostnaden. Här ansöker du om prenumeration (länk).

− Vi tar igen en del av merkostnaden för SiC på mekaniken, genom att den blir mindre när vi använder kiselkarbid, säger Lars Lindberg, och han fortsätter:

− Vi har även verifierat att den högre verkningsgraden hos SiC ger en bränslebesparing motsvarande 300 till 400 liter diesel per år för en hybridbuss.

Framåt ser Inmotion att kiselkarbid även kan komma att göra entre i DC/DC-omvandlare med högre effekter, men också i andra delar av portföljen. Allt beror egentligen på vad kunderna frågar efter.

En tanke är att ta in SiC i effektdrivenheten. Det är en DC/AC-omvandlare som används för huvuddriften av ett fordon. Den kan anslutas till en elmotor som driver hela fordonet, men för det krävs transistorer som hanterar mycket höga effekter.

– Där har vi gjort tester med SiC. Vi känner oss redo, men idag kan vi inte erbjuda serieprodukter. Enstaka prototyper testas av kunder, och det har fungerat mycket bra, säger Lars Lindberg.