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        SiC电力电子器件发展现状分析

        2019-02-26

        碳化硅电力电子器件将在提高能源效率、实现电力电子器件小型化方面发挥越来越重要的作用。碳化硅电力电子器件与硅器件相比,具有降低电阻和开关损耗的优点,可以提高功率利用效率,降低功率损耗。例如,在由二极管和开关管组成的逆变器中,只有硅被碳化硅替代,逆变器的功率损耗可以降低15-30%。用SiC代替开关管材料,可以使功率损耗降低一半以上。单芯片碳化硅电力电子器件具有使功率变换器小型化的三个特点:开关速度快、损耗低、工作温度高。碳化硅器件的转换速度是硅器件的几倍。开关频率越高,储能和电感、电容等滤波元件越容易实现小型化;功率损耗越低,发热量越小,可以实现功率变换器的小型化;在结温下,硅器件在20℃达到极限。0C,而碳化硅器件可以达到较高的结温和环境温度。在这种情况下,可以减少或忽略功率转换器的冷却机制。

        随着碳化硅电力电子器件的发展,单片式碳化硅器件不仅具有优异的性能优势,而且具有系统成本优势。根据Cree的评估,与使用硅IGBT和硅二极管相比,使用该公司的第二代SiC MOSFET和SiC二极管可以降低升压变换器的总成本。具体来说,通过增加开关频率来降低电感的成本,总成本可以降低到比使用硅功率元件更低的水平。以一个10千瓦的升压转换器为例,根据Cree的估计,20千赫时开关Si功率元件的成本为181.4美元,而60千赫和100千赫时驱动SiC功率元件的成本将分别降低到170美元和163美元。使用SiC功率元件有望降低功率转换器的总成本。

        在电力电子设备的许多应用中,如输电系统、配电系统、电力机车、混合动力电动汽车、各种工业电机、光伏逆变器、风电并网逆变器、空调等白色家电、服务器和个人电脑等,碳化硅器件将逐渐显示其性能并减少系统组成。这方面的优势。作为下一代电力电子器件的主要方向,碳化硅电力电子器件将给电力电子带来重要的技术创新,并在未来的二三十年促进电力电子的发展。


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