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SiC電力電子器件發展現狀分析

2019-02-26

碳化硅電力電子器件將在提高能源效率、實現電力電子器件小型化方面發揮越來越重要的作用。碳化硅電力電子器件與硅器件相比,具有降低電阻和開關損耗的優點,可以提高功率利用效率,降低功率損耗。例如,在由二極管和開關管組成的逆變器中,只有硅被碳化硅替代,逆變器的功率損耗可以降低15-30%。用SiC代替開關管材料,可以使功率損耗降低一半以上。單芯片碳化硅電力電子器件具有使功率變換器小型化的三個特點:開關速度快、損耗低、工作溫度高。碳化硅器件的轉換速度是硅器件的幾倍。開關頻率越高,儲能和電感、電容等濾波元件越容易實現小型化;功率損耗越低,發熱量越小,可以實現功率變換器的小型化;在結溫下,硅器件在20℃達到極限。0C,而碳化硅器件可以達到較高的結溫和環境溫度。在這種情況下,可以減少或忽略功率轉換器的冷卻機制。

隨著碳化硅電力電子器件的發展,單片式碳化硅器件不僅具有優異的性能優勢,而且具有系統成本優勢。根據Cree的評估,與使用硅IGBT和硅二極管相比,使用該公司的第二代SiC MOSFET和SiC二極管可以降低升壓變換器的總成本。具體來說,通過增加開關頻率來降低電感的成本,總成本可以降低到比使用硅功率元件更低的水平。以一個10千瓦的升壓轉換器為例,根據Cree的估計,20千赫時開關Si功率元件的成本為181.4美元,而60千赫和100千赫時驅動SiC功率元件的成本將分別降低到170美元和163美元。使用SiC功率元件有望降低功率轉換器的總成本。

在電力電子設備的許多應用中,如輸電系統、配電系統、電力機車、混合動力電動汽車、各種工業電機、光伏逆變器、風電并網逆變器、空調等白色家電、服務器和個人電腦等,碳化硅器件將逐漸顯示其性能并減少系統組成。這方面的優勢。作為下一代電力電子器件的主要方向,碳化硅電力電子器件將給電力電子帶來重要的技術創新,并在未來的二三十年促進電力電子的發展。


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