碳化硅（SIC）及其在混合逆变器中的应用优势

在能源过渡和电力电子技术的快速开发的背景下，混合逆变器作为一种有效且灵活的电力转换设备被广泛用于分布式能源获取，储能系统和电动汽车等领域。碳化硅（SIC）设备的引入为混合逆变器的性能提高带来了革命性的变化。本文将详细介绍SIC设备的特征及其在混合逆变器中的优势。

1。SIC设备的特性和优势

（（1）材料特征

碳化硅（SIC）是一种宽带的带隙半导体材料，带隙约为3.26个电子伏特，远高于传统硅（SI）的1.12电子伏特。该特征使SIC设备能够在高温，高压和高频环境中稳定运行。此外，SIC材料还具有以下优势：

高击穿电场强度：SIC的击穿电场强度约为硅的10倍，约为3MV/cm。这意味着在相同的电压下，SIC设备可以具有更薄的漂移层，从而降低了电阻。

•高热电导率：SIC的热导率约为硅的三倍，约为4.9 W/cm·K。这使SIC设备能够在高功率密度条件下更有效地散发热量。

•高电子饱和漂移速度：SIC的电子饱和漂移速度约为2×10 cm/s，使其在高频应用中显着有利。

图1：SIC和SI之间的材料特性的比较

（（2）设备类型

常见的SIC电源设备包括：

SIC MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：电阻和快速开关速度较低，可广泛用于电源转换和电动机驾驶中。

SIC SBD（Schottky屏障二极管）：较低的向前电压下降和较高的反向电压承受，它适用于高频和高温应用。

SIC JFET（连接场效应晶体管）：主要用于高频和高功率应用，具有高分解电压和高速开关功能。

SIC IGBT（绝缘栅极双极晶体管）：尽管仍处于研发阶段，但其潜在的高效率和高功率密度使其在电动汽车和可再生能源领域具有广泛的前景。

图2：主要的SIC设备

（3）应用程序优势

SIC设备在电力电子系统中具有显着优势：

•高效率：SIC设备在切换过程中具有较低的传导和切换损失，并且与传统的硅设备相比，它们在功率转换效率方面具有显着优势。例如，在驱动系统和电动汽车充电站中使用SIC设备可以显着提高总体能源利用效率。

高温稳定性：SIC材料仍然可以在高温下维持良好的电气性能，高导热率可以有效地在高功率应用中耗散热量。

高频特性：SIC设备可以以较高的频率运行，适用于高频开关电源和RF应用。高频特性不仅有助于减小电源的尺寸和重量，还可以提高系统的整体效率。

•环境友好：SIC材料的化学稳定性和耐腐蚀性使它们在恶劣的环境中表现良好，并且不易受到氧化和环境污染的影响。

2。混合逆变器中SIC设备的优势

（1）高开关频率和低切换损失

SIC设备的高开关频率特性使混合逆变器能够使用较小的被动组件，例如电感器和电容器，可显着降低逆变器的尺寸和重量并提高功率密度。同时，SIC设备在切换过程中产生极低的损失，这在高频操作期间大大提高了混合逆变器的效率，减少了能量转换期间的损失，并提高了系统的整体能源效率。

图3：与IGBT（顶部）相比，SIC MOSFET（底部）可以在30 kHz的开关频率下将开关损耗降低超过70％。 （图像来源：微芯片技术）

（2）高温工作能力和散热优势

SIC设备在更高的温度下可以稳定运行，其工作温度范围比传统的基于硅的设备更大。这使混合逆变器能够在高温环境中稳定运行，从而降低了对复杂冷却系统的依赖。在某些紧凑型和空间有限的应用方案中，例如工业自动化设备中的小型逆变器，使用SIC设备可以简化散热器设计，降低散热成本并提高系统可靠性。

（3）高压承受能力和系统可靠性

SIC设备具有出色的高压耐受性，并且可以在高压环境中安全，稳定。在混合逆变器中，这意味着可以使用更高的直流总线电压来降低电流水平，最大程度地减少电线损耗并减少电磁干扰。高压承受能力还使混合逆变器能够更好地适应不同电压水平的电源系统，从而提高了系统的兼容性和灵活性。

图4：SI和SIC设备之间的电压耐力性能的比较

（4）动态响应和改善的控制性能

SIC设备的快速开关特性大大提高了混合逆变器的动态响应速度。当面对突然的负载变化或电网波动时，逆变器可以更快地调整输出，以保持电源系统的稳定操作。快速动态响应能力对于分布式能量的网格连接尤其重要，例如在可再生能源系统中，例如太阳能光伏和风能，这可以有效地减少由天气变化或负载波动引起的功率波动并提高功率质量。

（5）环境适应性和申请扩展

SIC设备的高温阻力，高压电阻和高可靠性使它们更适合恶劣的环境。在采用了SIC设备之后，混合逆变器可以在更广泛的温度，湿度和电磁环境中稳定运行，从而扩大其应用方案。例如，在具有高温和湿度的工业环境中，或在偏远地区和海上风能等恶劣的自然条件下，使用SIC设备的混合逆变器可以更好地满足特殊环境中的功率转换需求。

图5：使用SIC技术的混合逆变器

3。摘要

SIC设备由于其出色的材料特性，高效率，高温稳定性和高频特性，为混合逆变器的性能提高带来了显着的优势。从提高效率和减少量到提高可靠性和适应性，SIC设备已全面改善了混合逆变器的性能。随着SIC设备制造技术的持续发展和成本的逐步降低，其在混合逆变器领域的应用前景将变得更广泛，预计这将促进许多领域的电力电子技术在新能源，电动汽车和工业自动化等许多领域的进一步发展，从而为实现有效的有效性，可靠的能源和绿色的能源和ULISAIGY提供了强大的支持。 Inventroncis的SIC系列混合动力逆变器广泛使用SIC设备，具有出色的设计和可靠的产品覆盖3kW至20kW的功率范围。它们是住宅和小型工业和商业光学存储系统的理想选择。