來(lái)源：AVNET
作者：Milan Ivkovic

盡管 SiC 技術(shù)的性能和潛力毋庸置疑，但一些設(shè)計(jì)人員最初可能仍然會(huì)猶豫不決，無(wú)法下定決心使用 SiC 技術(shù)來(lái)處理新項(xiàng)目。

沒(méi)人喜歡無(wú)端冒險(xiǎn)。但與其他任何電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目一樣，我們首先需要充分了解可用解決方案的要求和潛力。之后設(shè)計(jì)人員便會(huì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò) SiC 實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)自由能夠降低所有可知的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著 SiC 技術(shù)進(jìn)入更多市場(chǎng)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)一些新的自由，這些自由令人振奮，值得探索。其中包括簡(jiǎn)化電路拓?fù)?、縮小系統(tǒng)尺寸和提高能量密度。

首先我們來(lái)介紹一下背景：與 Si-IGBT 和 Si-MOSFET 相比，SiC MOSFET 電源系統(tǒng)能夠顯著降低系統(tǒng)成本，提高功率密度，改善效率，還可以通過(guò)降低能耗控制運(yùn)行溫度。深入了解 SiC 的優(yōu)勢(shì)之后，設(shè)計(jì)人員感到頗為振奮。

當(dāng)前，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始采用基于 SiC 的技術(shù)，以便保持競(jìng)爭(zhēng)力，降低長(zhǎng)期系統(tǒng)成本。這涉及到多方面的原因，包括：

· 降低總體持有成本：基于 SiC 的設(shè)計(jì)盡管需要前期投資，但能效更高，系統(tǒng)尺寸更小，可靠性也更高，因此能夠顯著降低系統(tǒng)成本。
· 解決設(shè)計(jì)難題：由于 SiC 的特性，設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)的設(shè)備可以縮小尺寸，降低運(yùn)行溫度，提高開(kāi)關(guān)速度，同時(shí)承受更高的工作電壓。
· 提高可靠性，改善性能：通過(guò)縮小設(shè)備尺寸，降低運(yùn)行溫度，設(shè)計(jì)人員獲得了更大的自由，可以探索更具創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，輕松滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

接下來(lái)我們將對(duì)一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)自由進(jìn)行詳細(xì)的探討。.

簡(jiǎn)單、高效的拓?fù)?/strong>

SiC 支持簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠幫助設(shè)計(jì)人員高效完成工作，滿(mǎn)足了市場(chǎng)對(duì)高效功率密集型 DC/DC 和逆變器日益增長(zhǎng)的需求。

SiC 可以用兩電平拓?fù)浯嫒娖酵負(fù)?，降低了參?shù)控制難度，占用的空間更小，釋放的熱量也更少。

在功率因數(shù)校正 (PFC) 階段硬開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，?jiǎn)單的升壓（使用 SiC 二極管）和圖騰柱配置即可降低 SiC 的恢復(fù)損耗。若要使用Si-MOSFET達(dá)到相同的效率則需要更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)字控制。

SiC 可以在多電平拓?fù)渲信c Si 結(jié)合，從而提高性?xún)r(jià)比。以下是用于太陽(yáng)能或儲(chǔ)能逆變器的改進(jìn)型三電平有源中點(diǎn)鉗位 (ANPC) 拓?fù)涫纠?/p>

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系統(tǒng)尺寸縮小

設(shè)計(jì)人員永遠(yuǎn)面臨的壓力，是需要在更小的空間內(nèi)完成更多任務(wù)。值得慶幸的是，SiC 設(shè)計(jì)體積更小，重量更輕，并且可以支持更高效的逆變器和存儲(chǔ)系統(tǒng)。

伺服驅(qū)動(dòng)便是極佳例子。用于物體定位的伺服電機(jī)需要迅速響應(yīng)，以便提高操作速度。因此，脈寬調(diào)制 (PWM) 頻率提高后，可以改善伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。這便需要使用快速 IGBT 或 SiC 作為伺服驅(qū)動(dòng)逆變器級(jí)的開(kāi)關(guān)。

利用 SiC，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)出尺寸更小的驅(qū)動(dòng)器，其中很多都不需要主動(dòng)冷卻。獲得這種自由后，設(shè)計(jì)人員可以將驅(qū)動(dòng)器直接安裝在電機(jī)上。此外，設(shè)計(jì)人員還可以將 DC 總線直接連接到電機(jī)，從而顯著降低電磁噪聲。

儲(chǔ)能功能增強(qiáng)

如今，能源消費(fèi)者也正在成為活躍的電力生產(chǎn)者。SiC 支持雙向功率流，能夠促成這種轉(zhuǎn)變。

數(shù)十年來(lái)，儲(chǔ)能一直是發(fā)電、輸電、配電和電力消耗過(guò)程中不可或缺的一環(huán)。當(dāng)前，可再生能源發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展迅速，需要更加可靠的電力傳輸，確保按時(shí)將電力輸送到相應(yīng)地點(diǎn).。

儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了一系列技術(shù)方法，可用于管理能源供需，創(chuàng)建靈活的能源基礎(chǔ)設(shè)施，幫助公用事業(yè)公司和消費(fèi)者節(jié)約成本。

在電動(dòng)汽車(chē) (EV) 和太陽(yáng)能充電領(lǐng)域，我們看到了 SiC 支持的雙向功率流所存在的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。例如，電動(dòng)汽車(chē)和太陽(yáng)能系統(tǒng)用戶(hù)充滿(mǎn)電后，可以將部分電力出售給公用事業(yè)公司。一些 SiC 拓?fù)淇梢詫?shí)現(xiàn)更好的雙向流動(dòng)，改善儲(chǔ)能系統(tǒng)。

下圖展示了太陽(yáng)能逆變器中 SiC 與 Si 的功率密度對(duì)比。

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主要優(yōu)勢(shì)：Si ? Si / SiC 所帶來(lái)的的功率密度提升

數(shù)據(jù)手冊(cè)：
· Si 逆變器 75kW
· Si / SiC 逆變器 150 kW

優(yōu)勢(shì)：
· 顯著提高功率密度
· 在冷卻和重量方面降低成本

特點(diǎn)：
· 6 x IFX Easy2B ANPC 模塊
· 26 x IFX EiceDrivers 1ED-F2

結(jié)語(yǔ)：SiC 相對(duì)于 Si 所具有的優(yōu)勢(shì)

能量損耗降低 50%
系統(tǒng)尺寸縮小 10 倍
工作頻率提高 100 倍
快速開(kāi)關(guān)功能
高電壓操作