【導讀】國際能源署(IEA)估計，電機功耗占世界總電力的45%以上。因此，找到最大化其運行能效的方法至關(guān)重要。能效更高的驅動(dòng)裝置可以更小，并且更靠近電機，從而減少長(cháng)電纜帶來(lái)的挑戰。從整體成本和持續可靠性的角度來(lái)看，這將具有現實(shí)意義。寬禁帶(WBG)半導體技術(shù)的出現將有望在實(shí)現新的電機能效和外形尺寸基準方面發(fā)揮重要作用。
使用WBG材料如碳化硅(SiC)可制造出性能超越硅(Si)的同類(lèi)產(chǎn)品。雖然有各種重要的機會(huì )使用這項技術(shù)，但工業(yè)電機驅動(dòng)正獲得最大的興趣和關(guān)注。
SiC的高電子遷移率使其能夠支持更快的開(kāi)關(guān)速度。這些更快的開(kāi)關(guān)速度意味著(zhù)相應的開(kāi)關(guān)損耗也將減少。它的介電擊穿場(chǎng)強幾乎比硅高一個(gè)數量級。這能實(shí)現更薄的漂移層，這將轉化為更低的導通電阻值。此外，由于SiC的導熱系數是Si的三倍，因此在散熱方面要高效得多。因此，更容易減小熱應力。
傳統的高壓電機驅動(dòng)器會(huì )采用三相逆變器，其中Si IGBT集成反并聯(lián)二極管。三個(gè)半橋相位驅動(dòng)逆變器的相應相線(xiàn)圈，以提供正弦電流波形，隨后使電機運行。逆變器中浪費的能量將來(lái)自?xún)蓚€(gè)主要來(lái)源-導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。用基于SiC的開(kāi)關(guān)代替Si基開(kāi)關(guān)，可減小這兩種損耗。
SiC肖特基勢壘二極管不使用反并聯(lián)硅二極管，可集成到系統中。硅基二極管有反向恢復電流，會(huì )造成開(kāi)關(guān)損耗（以及產(chǎn)生電磁干擾，或EMI），而SiC二極管的反向恢復電流可忽略不計。這使得開(kāi)關(guān)損耗可以減少達30%。由于這些二極管產(chǎn)生的EMI要低得多，所以對濾波的需求也不會(huì )那么大（導致物料清單更?。?。還應注意，反向恢復電流會(huì )增加導通時(shí)的集電極電流。由于SiC二極管的反向恢復電流要低得多，在此期間通過(guò)IGBT的峰值電流將更小，從而提高運行的可靠性水平并延長(cháng)系統的使用壽命。
因此，如果要提高驅動(dòng)效率及延長(cháng)系統的工作壽命時(shí)，遷移到SiC 肖特基顯然是有利的。那么我們何以采取更進(jìn)一步的方案呢？如果用SiC MOSFET取代負責實(shí)際開(kāi)關(guān)功能的IGBT，那么能效的提升將更顯著(zhù)。在相同運行條件下，SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗要比硅基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(guān)的好處包括大幅節省空間。SiC提供的卓越導熱性意味著(zhù)所需的散熱器尺寸將大大減少。使用更小的電機驅動(dòng)器，工程師可將其直接安裝在電機外殼上。這將減少所需的電纜數量。
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(chǎn)品，將有可能變革電機驅動(dòng)，提高能效參數，并使實(shí)施更精簡(jiǎn)。
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