De rol van GaN en SiC bij het verminderen van broeikasgas (GHG)-emissies

SiC (siliciumcarbide) en GaN (galliumnitride) zijn twee halfgeleidermaterialen die de afgelopen jaren veel aandacht hebben gekregen vanwege hun toepassing in vermogenselektronica als alternatief voor op silicium gebaseerde vermogenselektronica.

Ladan Judge

3 min leestijd
De rol van GaN en SiC bij het verminderen van broeikasgas (GHG)-emissies

Vermogenselektronica, zoals diodes, thyristors, transistors, gelijkrichters en omvormers, worden gebruikt om elektrische energie van de ene vorm naar de andere om te zetten en te regelen. De efficiëntie, betrouwbaarheid, prestaties, evenals de omvang, het gewicht en de kosten van de gebruikte grondstoffen zijn daarom van groot belang.

Het belang van vermogenselektronica neemt toe, aangezien deze worden ingezet in diverse hernieuwbare energiesystemen binnen de transport-, industriële, consumentenelektronica- en andere opkomende sectoren. 

SiC (Siliciumcarbide) en GaN (Galliumnitride) zijn twee halfgeleidermaterialen die de afgelopen jaren veel aandacht hebben gekregen als alternatief voor op silicium gebaseerde vermogenselektronica. 

SiC en GaN bieden beide diverse voordelen ten opzichte van traditionele, op silicium gebaseerde vermogenselektronica. 

GaN wordt gebruikt in hoogwaardige elektronische toepassingen zoals LED-verlichting, RF-versterkers, defensie- en automotivesector. GaN werd voor het eerst commercieel toegepast in de jaren 2000 voor licht-emitterende diodes en halfgeleiderlasers en was het eerste halfgeleidermateriaal dat betrouwbaar fel groen, blauw, paars en ultraviolet licht kon uitstralen. Siliciumcarbide (SiC) is een verbinding van silicium en koolstof met een hoge thermische geleidbaarheid en een brede band gap-eigenschap. Zowel SiC als GaN worden nu gebruikt in vermogenselektronica, omdat zij kunnen functioneren bij hogere spanningen en temperaturen dan traditionele, op silicium gebaseerde vermogenselektronica.

Enkele specifieke toepassingen van SiC- en GaN-componenten binnen vermogenselektronica zijn:

  • Hoogfrequente vermogensomzetters: SiC- en GaN-componenten kunnen werken op hoge frequenties, waardoor ze geschikt zijn voor hoogfrequente vermogensomzetters zoals schakelende voedingen (SMPS) en DC-DC-omzetters.
  • PFC (Power Factor Correction): SiC- en GaN-componenten kunnen de arbeidsfactor van AC-DC voedingen verbeteren, wat leidt tot een hogere efficiëntie en minder harmonische vervorming.
  • Zonneomvormers: SiC- en GaN-componenten kunnen worden gebruikt in zonneomvormers om gelijkstroom van zonnepanelen om te zetten in wisselstroom voor gebruik in woningen en bedrijven.
  • Elektrische voertuigen: SiC- en GaN-componenten kunnen in de vermogenselektronica van elektrische voertuigen worden toegepast om de efficiëntie te verhogen, het gewicht te verlagen en het rijbereik te vergroten.
  • Lucht- en ruimtevaarttoepassingen: SiC- en GaN-componenten zijn bestand tegen hoge temperaturen en straling, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, zoals voedingen voor satellieten en ruimtevaartuigen.

Het gebruik van SiC- en GaN-componenten binnen vermogenselektronica groeit snel, gedreven door de behoefte aan hogere efficiëntie, lagere systeemkosten en -omvang, en verbeterde prestaties in hoogfrequente en vermogenseisen.

Het toepassen van SiC- en GaN-componenten in vermogenselektronica is een veelbelovende technologie voor het terugdringen van broeikasgasemissies. Deze componenten bieden een hogere efficiëntie, waardoor er tijdens het omzetten van vermogen minder energie verloren gaat, wat resulteert in een lager energieverbruik en lagere emissies. Ze kunnen ook worden gebruikt in hernieuwbare energiesystemen zoals zonne- en windenergie om de efficiëntie te verhogen en de kosten van energieproductie te verlagen. Bovendien kunnen SiC- en GaN-componenten ingezet worden in elektrische voertuigen en energieopslagsystemen om de efficiëntie te verhogen, het rijbereik te vergroten en de uitstoot die samenhangt met fossiele voertuigen te verminderen. De algehele voordelen van SiC- en GaN-componenten binnen vermogenselektronica dragen significant bij aan het terugdringen van broeikasgasemissies en een schonere, duurzamere toekomst.

Zoals bij iedere technologische innovatie is er sprake van concurrentie over welke technologie de markt zal domineren. Volgens onderzoek domineert siliciumcarbide (SiC)-technologie momenteel in omvormers voor elektrische voertuigen (EV) en andere toepassingen waarbij hoge spanningsblokkering, vermogensafhandeling en lagefrequentieprestaties cruciaal zijn. Voor hoogfrequentprestaties, zoals in 5G- en 6G-basisstations, radar- en hoogfrequente vermogensomzettingstoepassingen zoals micro-omvormers, voedingen en stekkeradapters, heeft galliumnitride (GaN)-technologie echter de voorkeur. Meer informatie.