碳化矽在下一代工業電機驅動器中的作用
發布時間:2021-05-03 來源:安森美半導體工業及雲電源公司營銷及戰略高級經理Ali Husain 責任編輯:wenwei
【導讀】國際能源署(IEA)估計,電機功耗占世界總電力的45%以(yi)上(shang)。因(yin)此(ci),找(zhao)到(dao)最(zui)大(da)化(hua)其(qi)運(yun)行(xing)能(neng)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。能(neng)效(xiao)更(geng)高(gao)的(de)驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)以(yi)更(geng)小(xiao),並(bing)且(qie)更(geng)靠(kao)近(jin)電(dian)機(ji),從(cong)而(er)減(jian)少(shao)長(chang)電(dian)纜(lan)帶(dai)來(lai)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。從(cong)整(zheng)體(ti)成(cheng)本(ben)和(he)持(chi)續(xu)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan),這(zhe)將(jiang)具(ju)有(you)現(xian)實(shi)意(yi)義(yi)。寬(kuan)禁(jin)帶(dai)(WBG)半導體技術的出現將有望在實現新的電機能效和外形尺寸基準方麵發揮重要作用。
使用WBG材料如碳化矽(SiC)可製造出性能超越矽(Si)的同類產品。雖然有各種重要的機會使用這項技術,但工業電機驅動正獲得最大的興趣和關注。
SiC的高電子遷移率使其能夠支持更快的開關sudu。zhexiegengkuaidekaiguansuduyiweizhexiangyingdekaiguansunhaoyejiangjianshao。tadejiedianjichuanchangqiangjihubiguigaoyigeshuliangji。zhenengshixiangengbodepiaoyiceng,zhejiangzhuanhuaweigengdidedaotongdianzuzhi。ciwai,youyuSiC的導熱係數是Si的三倍,因此在散熱方麵要高效得多。因此,更容易減小熱應力。

傳統的高壓電機驅動器會采用三相逆變器,其中Si IGBTjichengfanbinglianerjiguan。sangebanqiaoxiangweiqudongnibianqidexiangyingxiangxianquan,yitigongzhengxiandianliuboxing,suihoushidianjiyunxing。nibianqizhonglangfeidenengliangjianglaizilianggezhuyaolaiyuan-導通損耗和開關損耗。用基於SiC的開關代替Si基開關,可減小這兩種損耗。
SiC肖特基勢壘二極管不使用反並聯矽二極管,可集成到係統中。矽基二極管有反向恢複電流,會造成開關損耗(以及產生電磁幹擾,或EMI),而SiC二極管的反向恢複電流可忽略不計。這使得開關損耗可以減少達30%。由於這些二極管產生的EMI要低得多,所以對濾波的需求也不會那麼大(導致物料清單更小)。還應注意,反向恢複電流會增加導通時的集電極電流。由於SiC二極管的反向恢複電流要低得多,在此期間通過IGBT的峰值電流將更小,從而提高運行的可靠性水平並延長係統的使用壽命。

因此,如果要提高驅動效率及延長係統的工作壽命時,遷移到SiC 肖特基顯然是有利的。那麼我們何以采取更進一步的方案呢?如果用SiC MOSFET取代負責實際開關功能的IGBT,那麼能效的提升將更顯著。在相同運行條件下,SiC MOSFET的開關損耗要比矽基IGBT低五倍之多,而導通損耗則可減少一半之多。
WBG方案的其他相關的好處包括大幅節省空間。SiC提ti供gong的de卓zhuo越yue導dao熱re性xing意yi味wei著zhe所suo需xu的de散san熱re器qi尺chi寸cun將jiang大da大da減jian少shao。使shi用yong更geng小xiao的de電dian機ji驅qu動dong器qi,工gong程cheng師shi可ke將jiang其qi直zhi接jie安an裝zhuang在zai電dian機ji外wai殼ke上shang。這zhe將jiang減jian少shao所suo需xu的de電dian纜lan數shu量liang。
安森美半導體現在為工程師提供與SiC二極管共同封裝的IGBT。此外,我們還有650 V、900 V和1200 V額定值的SiC MOSFET。采用這樣的產品,將有可能變革電機驅動,提高能效參數,並使實施更精簡。
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