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浅析SiC电力电子器件在新基建领域的应用

来源:信息发布     作者:信息发布人员     发布时间:2020年07月20日     浏览次数:         

  SiC属于第三代半导体材料之一,具备大功率、低损耗、高可靠、低散热等特点,可应用于1200伏特以上的高压、严苛环境,可广泛应用于风电、铁路等大型交通工具,及太阳能逆变器、不断电系统、智慧电网、电源供应器等高功率应用领域。SiC应用涵盖了新基建涉及的绝大部分领域。

  1、5G通信电源

  通信电源是服务器、基站通讯的能源库,为各种传输设备提供电能,保证通讯系统正常运行。SiC MOSFET的高频特性使得电源电路中的磁性单元体积更小、重量更轻,电源整体效率更高;SiC肖特基二极管反向恢复几乎为零的特性使其在许多PFC电路中具有广阔的应用前景。例如,在3kW高效通信电源无桥交错PFC电路中,使用2颗基本半导体650V/10A SiC肖特基二极管,可以帮助客户实现满载效率≥95%的高技术要求。

  2、新能源汽车充电桩电源模块

  新能源汽车行业的快速发展带动了充电柱的需求增长,对新能源电动汽车而言,提升充电速度和降低充电成本是行业发展的两大目标。在充电桩电源模块中使用SiC器件,可以实现充电桩电源模块的高效化和高功率化,进而实现充电速度的提升和充电成本的降低。

  3、大数据中心、工业互联网服务器电源

  服务器电源是服务器能源库,服务器提供电能,保证服务器系统正常运行。在服务器电源中使用SiC功率器件,可以提升服务器电源的功率密度和效率,整体上缩小数据中心的体积,实现数据中心整体建设成本的降低,同时实现更高的环保效率。

  SiC MOSFET具有高频特性,可使电源电路的磁性单元体积更小、重量更轻,电源整体效率更高;SiC肖特基二极管反向恢复几乎为零,可运用于各种PFC电路。例如,在3kW服务器电源模块中,在图腾柱PFC中使用基本半导体SiC MOSFET可以显著提升服务器电源的效率,实现更高的效率要求。

  4、特高压应用的柔性输电直流断路器

  特高压作为大型系统工程,将催发从原材料和元器件等一系列的需求,而功率器件是输电端特高压直流输电中FACTS柔性输电技术和变电端电力电子变压器(PET)的关键器件。直流断路器作为柔性直流输电的关键部分之一,其可靠性对整个输电系统的稳定性有着较大影响。由于直流断路器整体电压高,受限硅器件目前电压等级低,使用传统硅基器件设计直流断路器需要多级子单元串联,在直流断路器中使用高电压SiC器件可以大大减少串联子单元数量,是行业研究的重点方向。未来高电压SiC功率器件成熟稳定后,在直流断路器中具有广阔的应用前景。

  5、城际高铁和城际轨道交通的电力电子装备

  城际高铁和城际轨道交通中的牵引变流器、电力电子变压器、辅助变流器、辅助电源轨道交通行业也是SiC功率器件主要指标应用行业之一。未来轨道交通对电力电子装置,比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。采用SiC功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率,将有助于明显减轻轨道交通的载重系统。目前,受限于SiC功率器件的电流容量,SiC混合模块将首先开始替代部分硅IGBT模块。未来随着SiC器件容量的提升,全SiC模块将在轨道交通领域发挥更大的作用。SiC器件可以实现设备进一步高效率化和小型化,在轨道交通方面具有巨大的技术优势。日本新干线N700S已经率先在牵引变流器中使用SiC功率器件,大幅降低整车的重量,实现更高的运载效率和降低运营成本。

  (摘编自“半导体芯片科技”)

  

  

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