Elektrikli araçlar için 3 fazlı fırçasız DC motor sürücülerinde kullanılan SiC ve Si Mosfetlerin performans karşılaştırması

Elektrikli araçlar motor, motor sürücü ve batarya sistemlerinden oluşmaktadır. Batarya kapasitesi sınırlı olması sebebiyle sistemin verimli bir şekilde çalışması gerekmektedir. Motor sürücü yapısında bulunan güç yarı iletkenleri bu sistemin verimliliği için önemlidir. Bu etki sistemin çalışma sıcaklığına ve güç oranına göre değişmektedir. Bu çalışma elektrikli araç yapısında kullanılacak olan bir Fırçasız DC Motor sürücüsünde kullanılan SiC (Silisyum Karbür) ve Si (Silisyum) Mosfetlerin sistem üzerindeki performans bakımından hangisinin avantajlı olduğunu ortaya koymaktır. Bu çalışmayı yaparken sistemin farklı güçlerde ve farklı sıcaklıklarda test edilebilmesi gereken bir simülasyon programına ihtiyaç duyulmuştur. Yapılan araştırmalar sonrası testlerin doğruluğu ve yapılacak olan deneylerin sonuçlarının rahat gözlemlenebilmesi için PSIM uygulaması üzerinde karar kılınmıştır. Sistem bu program üzerinde oluşturulmuş ve yapılan deneyler sonrası sonuçlar kıyaslanmıştır. Yapılan çalışmada motor sürücülerinin yapısında bulunan güç yarı iletkenleri hariç sistem özdeş olarak kullanılmıştır. Farklı Mosfet yapılı sistemler farklı yüklerde ve farklı ortam sıcaklıklarında kıyaslanarak sonuçlar elde edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda motorun boşta çalışma durumunda Si ve SiC Mosfetler neredeyse bir fark gözlemlenmezken, mekanik yük ve sıcaklık değerlerinin yükselmeye başlaması ile farklar gözlemlenmiştir. Sıcaklık durumlarına bakıldığı zaman Si Mosfetler SiC Mosfetlere göre %22'ye kadar daha fazla ısındığı gözlemlenmiştir. Mosfetlerin yüksek akımdaki çalışması sırasında incelenen sinyallerden Si Mosfetlerin anahtarlama hızlarının yavaşladığı, SiC Mosfetlerin ise etkilenmediği gözlemlenmiştir. Güç kaybı olarak kıyaslandığında Si Mosfetler SiC Mosfetlere göre daha fazla ısınması ve anahtarlama hızının yavaşlaması gibi durumlar yüzünden %226 daha fazla güç kaybına uğramıştır. Sonuç olarak SiC Mosfetler Si Mosfetlere göre özdeş sistemlerde belirgin bir şekilde daha verimli çalıştığı gözlemlenmiştir.