Magnus Pihl

− För två år sedan fick vi last-time-buy på de MOSFET:ar i kisel som vi använder i switchbryggan på en truckladdare som vi tillverkar. Då utvärderade vi kiselkarbid och bestämde oss för en storsatsning, säger Magnus Pihl, projektledare på Micropowers utvecklingsavdelning.

Egentligen hade Micropower planerat att vänta ytterligare två till tre år på att gå över till kiselkarbid. Men istället för att utveckla ett mellansteg ägnade företaget hela 2016 åt att ta fram prototyper, testa och utvärdera SiC-tekniken.

− Vi gjorde mängder av vansinniga feltester i en plåtcontainer här utanför, ifall det skulle börja brinna, men vi har inte haft ett enda haveri på transistorn som vi använder.

− Slutsatsen är att SiC är helt outstanding och att vi aldrig någonsin kommer att konstruera själva switchbryggan med IGBT och MOSFET i kisel igen.

I Växjö utvecklar och tillverkar Micropower batteriladdare som är matade med trefas och har effekten 3 kW eller högre. De transformerar ner nätspänningen till lämpliga batterispänningar – oftast 48 V, men trenden går mot 400 V som i elbilar.

Transistorerna som används måste klara runt 1 kV eftersom det handlar om trefas. När Micro­power tittade efter passande SiC-komponent för två år sedan var urvalet tunt.

− Vi gjorde ett lite udda val.Vi gick på United Silicon Carbide som gjort en egen kaskadkopplad lösning. Detta var alternativet som var snabbast att få i produktion och det har fungerat jättebra.

I en vanlig TO247-kapsel sitter en JFET i SiC – som leder utan pålagd gate-spänning (normally-on) – i serie med en lågspänd MOSFET i kisel. Kiseltransistorn styr och stänger av SiC-transistorn på ett säkert sätt och för användaren fungerar helheten som en MOSFET.

− När vi hade MOSFET i kisel kom vi inte högre än 1000 V. Nu har vi 1200 V så lösningen är betydligt robustare mot åska och nätöverspänningar.

Enbart genom komponentbytet har verkningsgraden dessutom höjts med en procentenhet.

− Tidigare var switchbryggan den del i laddaren som hade mest förluster. Nu är det mer förluster i andra delar, konstaterar Magnus Pihl.

Framåt utvärderar Micropower att även börja använda SiC-MOSFET:ar för 1200 V som ett antal halvledartillverkare numera erbjuder i volym.

Sharp 100 är en trefasladdare som har en kapacitet upp till 10 kW. Här en titt under skalet.

Än så länge har enbart en batteriladdare i sortimentet bestyckats med SiC. Den är på 10 kW, finns för nätspäningarna 400 V och 480 V (USA) och kan användas både för litiumjon- och blysyrabatterier. Företaget har dock för avsikt att byta till SiC i alla sina produkter.

I ett första steg har komponentbytet skett i en befintlig produkt. Det enda utvecklarna tvingats göra är att ändra gate-motstånd och temperaturgränser i styrdatorn, eftersom förlusterna minskat.

På frågan om inte det högre SiC-priset stjälper affärsidén svarar Magnus Pihl:

− Vi har gjort en fallstudie på en ny laddare och det är jämnt skägg. Hela merkostnaden för SiC tar vi igen på mindre kylfläns och mindre transformator.

Till detta kommer den högre verkningsgraden och att produkten som lanserades i början av året är överdimensionerad.

− Efter nyår kommer vi att återlansera den som en 13 kW-produkt, där allt är samma förutom några av de magnetiska komponenterna.

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).

I och med att trucktillverkare går från bly- till litiumjonbatterier väntas efterfrågan på större laddare dessutom öka. Blybatterier går nämligen inte att snabbladda på grund av resistansen i blyplattorna. Litiumjonbatterier kan snabbladdas, men då krävs laddare som ger högre effekt.

Nästa steg är att göra stapelbara moduler för att nå ännu högre effekter, upp mot 50 kW. I framtiden kan en sådan lösning komma att ladda elbilar.

− Truckar har under många år varit teknikdrivande när det gäller elfordon, men de är på väg att bli en del av alla elfordon så vi funderar på vår roll nu när det går att köpa elbilsladdare.

Även inom truckbranschen ser Micropower ett stort skifte om sex-sju år – från dagens 48 V-batterier till 400 V-elbilsbatterier.

− Så vi har börjat göra laddare med utspänningen 400V. Då sätter vi SiC även i utgångslikriktaren efter transformatorn. Inom detta har vi enbart gjort prototyper eftersom det inte finns någon riktig marknad där ännu.