Nowa era lotniczych modułów zasilania
SiC charakteryzuje się szerokim pasmem wzbronionym, wysoką przewodnością cieplną i wysoką wytrzymałością na przebicie pola elektrycznego, co pozwala na obniżenie strat mocy. Właściwości te czynią SiC materiałem atrakcyjnym do stosowania w urządzeniach wysokoenergetycznych. Dają możliwość przełączania nadrzędnego i oferują wyższą gęstości mocy przy określonym napięciu i prądzie znamionowym w cieńszych i lżejszych urządzeniach. Zdolność do pracy w wysokich temperaturach zmniejsza wielkość i złożoność wymaganych systemów chłodzących, a tym samym ogólnej architektury systemów energetycznych. Po latach badań i prac na rynek wchodzą urządzenia, w których stosuje się SiC. Jest to doskonały moment na zbadanie przydatności zwiększonej modularności i wydajności tych komponentów w samolocie całkowicie elektrycznym — głównym celu dzisiejszej awioniki. W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Robust silicon-carbide technology for aerospace DC-DC conversion" (ROSIC) naukowcy opracowali innowacyjny moduł zasilania SiC do użytku na pokładzie samolotu. Badania obejmowały obszerną analizę przyszłych potrzeb, która zapewni spełnienie ścisłych kryteriów niezawodności przy zachowaniu opłacalności. Zespół przystąpił do testowania wzorcowego dostępnych technologii tranzystorowych, w tym tranzystorów bipolarnych złączowych, tranzystorów polowych złączowych i tranzystorów polowych z izolowaną bramką (MOSFET) do kontroli przepływu prądu. Wytypowano urządzenie MOSFET i oceniono cechy jego stanu stałego i przebiegu przejściowego. Następnie zespół wybrał substraty MOSFET i określił parametry wiązania. Zespół projektu ROSIC przetestował finalne moduły, co umożliwi długofalową charakteryzację wydajności upakowania i modułowej oraz ich integralność w warunkach pracy samolotu. Przeprowadzone badania poszerzyły wiedzę dotyczącą wydajności i odporności układów MOSFET SiC. Naukowcy wnieśli duży wkład w potencjalne zastosowania w awionice oraz doprowadzili do konsolidacji metodologii konstrukcji wbudowanych. Technologia SiC MOSFET pozwoli znacznie obniżyć wielkość i masę samolotowych przełączników mocy w porównaniu ze standardową technologią Si. Przełoży się to na odczuwalne obniżenie zużycia paliwa i poziomu emisji, zgodnie z założeniami UE w zakresie bardziej ekologicznego transportu powietrznego. Moduły zasilania SiC opracowane w ramach projektu ROSIC są gotowe do industrializacji i mają szansę wywrzeć znaczny wpływ na bezpieczeństwo, niezawodność i ekologiczność transportu powietrznego.
Słowa kluczowe
Lotnictwo, moduły zasilania, węglik krzemu, SiC, samolot, urządzenia o dużej mocy, systemy chłodzenia, architektura systemów zasilania, samolot całkowicie elektryczny, awionika, konwersja DC-DC, tranzystor polowy z izolowaną bramką, MOSFET, ruch lotniczy
