美女视频黄版,清纯美女视频清纯少女

每個工程師都想要一個完美的開關(guān)，以便能在開和關(guān)兩種狀態(tài)之間瞬間切換，且在兩種狀態(tài)下都實現(xiàn)盡可能低的損耗。要實現(xiàn)這樣的開關(guān)特性，需要有無限的擊穿電壓，關(guān)閉時不允許有任何電流流動，開通時無需維持上面的電壓差，且開和關(guān)就在轉(zhuǎn)瞬之間。

這樣的開關(guān)根本沒有！真正的開關(guān)擊穿電壓有限，關(guān)閉時有泄漏電流，開通時有電壓差，切換需要一定的時間，且總會消耗一些能量。

現(xiàn)在不是有了碳化硅（SiC）等第三代半導(dǎo)體器件嗎？但是，雖然SiC器件的特性比硅好了很多，但是應(yīng)用中仍有許多新的問題要解決。

應(yīng)用SiC 10年的體會

用SiC MOSFET代替硅器件，可以通過調(diào)整驅(qū)動級，提供更高的門通電壓，處理有時可能為負(fù)的柵極關(guān)電壓，這樣就可以將開關(guān)頻率增加三到五倍，實現(xiàn)更高的開關(guān)速度，同時使用較小的磁性元件和散熱器來節(jié)省空間。

不過，正如清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系教授、博士生導(dǎo)師、清華大學(xué)電子實驗中心主任、IEEE Fellow趙爭鳴所說：“10年應(yīng)用SiC的體會是，做得好不如用的好。開關(guān)速度這么快，就會產(chǎn)生突變，引起很多問題，所以使用SiC時會遇到很大的挑戰(zhàn)?！彼J(rèn)為，只有供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)一起努力，才能真正把SiC等寬禁帶器件用好。

實際應(yīng)用表明，使用SiC可以大幅降低開通損耗、關(guān)斷損耗、反向恢復(fù)損耗，總體損耗可減小七倍，大幅度提高開關(guān)頻率。實際上，原來的開關(guān)，如硅基MOSFET和IGBT，開關(guān)頻率也可以提升，但是頻率越高損耗也越高，效率下降就意義不大了。

他認(rèn)為，電力電力轉(zhuǎn)換設(shè)備的首要指標(biāo)就是效率，效率低就沒有什么價值。提高采樣頻率波形會變得更好，SiC的工作頻率比硅基器件提高差不多4到5倍，總損耗小了，所以可以提高效率。這正是目前使用SiC的主要驅(qū)動力。

應(yīng)用到底能有多大獲益？

高壓化是SiC的重要特性之一，原來為了實現(xiàn)高壓應(yīng)用，只能將單個硅器件串聯(lián)或使用級聯(lián)方式拼湊起來承受高電壓；由于SiC耐壓很高，可以直接使用，為各種應(yīng)用帶來了極大的便利。

從高壓SiC芯片技術(shù)的發(fā)展看，目前市場上提供的3.3kV高壓SiC器件有兩種組合：

用SiC MOSFET，其反饋二極管用的是SiC MOSFET體二極管

用一個單獨的MOSFET加上一個反并聯(lián)二極管。

兩種方案各有好處，隨著時間的推移，SiC MOSFET體二極管會出現(xiàn)正向壓降變化。三菱電機(jī)在售的3.3kV高壓SiC器件外邊有一個單獨并聯(lián)的反饋二極管，可以避免二極管的正向退化；下一代3.3kV全SiC模塊將這個二極管集成到芯片中，做成了一個芯片，可以避免長期工作后MOSFET體二極管正向壓降發(fā)生變化，還可以提高模塊的功率密度。

目前量產(chǎn)的3.3kV 750A SiC MOSFET內(nèi)置了二極管芯片（SBD），3.3kV產(chǎn)品有6kV（標(biāo)準(zhǔn)LV100封裝）和10kV（標(biāo)準(zhǔn)HV100封裝）兩個絕緣等級。正在開發(fā)的6.5kV SiC MOSFET也內(nèi)置了SBD，大幅減小了芯片面積，功率密度達(dá)到9.3kVA/cm3，采用高導(dǎo)熱性和高耐熱性絕緣襯底以及高可靠性的芯片焊接技術(shù)，芯片具有良好的散熱和耐熱性。通過提高器件開關(guān)頻率，有助于實現(xiàn)高壓變流器的小型化和節(jié)能；

據(jù)介紹，高壓SiC模塊已成為應(yīng)用的主流。3.3kV的主要應(yīng)用之一是軌道牽引中的整流器和逆變器。

2014年，三菱電機(jī)的3.3kV 1500A全SiC MOSFET功率模塊開始在日本小田急列車上應(yīng)用；2015年，在新干線列車上的應(yīng)用；2019年，LV100封裝的3.3kV 750A全SiC MOSFET功率模塊在小田急5000型列車上應(yīng)用。時至今日，國內(nèi)外軌道牽引已經(jīng)不用以前的二極管整流，而采用SiC MOSFET、IGBT器件。

第二個應(yīng)用是中低壓輸配電，為了提高效率，需要利用SiC器件實現(xiàn)中低壓輸電，一般采用MMC結(jié)構(gòu)。其中的電力電子變壓器采用全橋、半橋拓?fù)?，包括整流部分、隔離部分和逆變部分。一般隔離部分用SiC器件比較多，可以有效減小變壓器體積。

在功率密度方面，正在從過去的IGBT技術(shù)經(jīng)過封裝優(yōu)化向采用SiC MOSFET的模塊發(fā)展，最早的H系列功率密度僅為4.51 cm2，現(xiàn)在是10.71A/cm2，提升了兩倍多，使整個變流器的體積、效率都有質(zhì)的優(yōu)化。

在量產(chǎn)產(chǎn)品中，有3.3kV混碳和全碳兩種器件，混碳包括IGBT部分，二極管是全SiC，好處是大多數(shù)客戶能接受這樣的成本，損耗也能降低很多。因為二極管是SiC材料，反向恢復(fù)損耗抑制的非常低。在一些領(lǐng)域，如二極管占主導(dǎo)地位的應(yīng)用中，這個模塊非常適用。目前的產(chǎn)品有兩個等級：1700V 1200A和3.3kV 600A。

3.3kV全SiC器件包括三個型號：750A、375A、185A。185A正在進(jìn)行測試，使用這個器件，整個變流器體積和效率都會有很大優(yōu)化，其封裝和硅器件一樣，但結(jié)構(gòu)設(shè)計布局可以簡化很多。

對比3.3kV 600A硅器件、混合SiC器件和全SiC器件的開通波形，可以看到，硅器件的開通損耗是1.02，混合SiC器件是0.62，SiC器件是0.42。全SiC比硅約降了60%，效果非常明顯。

關(guān)斷損耗方面，主要對比了硅和混合SiC，因為它們的前端都是IGBT，損耗都比較大，切換成SiC器件后，由1.05降到了0.14，降低幅度非常大。

功耗仿真很能說明問題，仿真條件為：母線電壓1800V，電流等級450A，頻率5kHz，這是3.3kV全SiC器件比較優(yōu)化的頻率，比以前硅器件提高了10倍左右，以前牽引用3.3kV硅器件在1kHz以下。從整體損耗看，全SiC器件比硅器件降低了76%，隨著條件的變化，這個損耗會有所波動，但降低幅度仍非常大。

應(yīng)用痛點何以化解？

高壓SiC模塊的驅(qū)動是應(yīng)用中的一個難題，也許是因為三菱電機(jī)是功率半導(dǎo)體大廠，并沒有自己開發(fā)驅(qū)動，而是有很多廠商專門為其開發(fā)驅(qū)動。其推薦的幾款驅(qū)動器經(jīng)過測試得到了認(rèn)可，包括日本品牌IDC和田村、美國的PI（Power Integrations）和國產(chǎn)品牌青銅劍。

3.3kV高壓SiC模塊在國內(nèi)的應(yīng)用剛剛開始，為了應(yīng)對產(chǎn)品開發(fā)實踐或生產(chǎn)碰到的一些問題，三菱電機(jī)開發(fā)了一款工藝組件設(shè)計。其拓?fù)溆玫哪K是3.3kV 750A SiC模塊，因為對牽引應(yīng)用的電流等級稍小一些，所以并聯(lián)非常必要，該組件是用2個3.3kV 750A SiC模塊并聯(lián)的。

利用這個平臺可以對SiC的驅(qū)動特性進(jìn)行具體研究，并提供給客戶進(jìn)行測試，復(fù)現(xiàn)實驗室的測試結(jié)果，解決應(yīng)用中的一些實際問題；也可以對一些相同封裝的驅(qū)動板進(jìn)行評測。其開發(fā)目標(biāo)是額定功率1.2MW，輸出電壓1140Vrms，輸出電流600Arms，母線電壓1800V到2200V，頻率設(shè)置5kHz。因為是并聯(lián)應(yīng)用，其關(guān)鍵點是電流不平衡率小于10%。該組件未來將用在軌道牽引、直流輸配電、高壓變頻等領(lǐng)域。

實驗室搭建的測試平臺包括兩個SiC功率模塊、定制的母排，驅(qū)動器方案選擇了日本的產(chǎn)品，包括主板和從板；還有定制的直流側(cè)電容和散熱器。

該組件設(shè)計中遇到了很多問題，特別是驅(qū)動設(shè)計和瞬態(tài)換流回路的設(shè)計，以及并聯(lián)的問題。由于驅(qū)動設(shè)計采用了成熟的驅(qū)動器，沒有什么問題。主要關(guān)注的是瞬態(tài)換流回路設(shè)計，它不同于以前的普通回路設(shè)計。普通器件如果頻率比較低，很少考慮電路中器件的寄生參數(shù)，但瞬態(tài)換流回路必須要考慮瞬態(tài)寄生參數(shù)，如雜散電感、雜散電容等，因為這些都會影響相互并聯(lián)的器件開通和關(guān)斷的瞬態(tài)表現(xiàn)，從而影響IGBT或MOSFET的效果。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在大功率設(shè)計中寄生電感最重要，所以要把寄生電感作為一個重點目標(biāo)。

瞬態(tài)換流回路設(shè)計是為了考慮雜散參數(shù)對換流過程的影響，所以將雜散參數(shù)作為瞬態(tài)換流回路的設(shè)計目標(biāo)。瞬態(tài)換流回路包括系統(tǒng)換流回路和單元換流回路兩部分。

系統(tǒng)換流回路的目標(biāo)是控制回路中的雜散電感，因為雜散電感可以在換流過程中導(dǎo)致非常高的電壓尖峰，太高則會擊穿IGBT模塊；單元換流回路是要解決模塊開通和關(guān)斷時間不一致的問題，因為模塊電氣連接相同，但結(jié)構(gòu)不同，模塊1（紅色）和模塊2（綠色）的母排、導(dǎo)線長度等不同，其中很多寄生參數(shù)會有一些差異（圖中黃色圈），會導(dǎo)致模塊開通和關(guān)斷時間不一致，引起均流問題。所以單元換流回路的設(shè)計目標(biāo)是要確保相互并聯(lián)的功率模塊的雜散參數(shù)盡可能接近，從而控制模塊開通的電流變化率也盡可能接近，達(dá)到良好的均流效果。

瞬態(tài)換流回路的設(shè)計包括三個步驟：

第一步

瞬態(tài)換流回路系統(tǒng)分析，包括瞬態(tài)換流回路的提?。慌袛嚯s散參數(shù)，包括電容、電感等，看哪個參數(shù)對系統(tǒng)最重要，把最重要的作為設(shè)計目標(biāo)，然后簡化電路，方案中只包括最重要的設(shè)計目標(biāo)；根據(jù)系統(tǒng)要求確定將雜散參數(shù)控制在多大范圍。

第二步

進(jìn)行理論設(shè)計，包括理論計算及系統(tǒng)建模仿真，以優(yōu)化母排和結(jié)構(gòu)布局，最終將雜散參數(shù)歸結(jié)到結(jié)構(gòu)設(shè)計上。

第三步

瞬態(tài)換流回路的實驗驗證，優(yōu)化母排，調(diào)整布局后進(jìn)行實驗，主要測試雜散參數(shù)，和前面的目標(biāo)進(jìn)行對比，看有沒有達(dá)到要求；對安全工作區(qū)進(jìn)行驗證，看模塊的開通關(guān)斷是不是在安全工作區(qū)范圍內(nèi)。

根據(jù)設(shè)計方案，系統(tǒng)換流回路設(shè)計實際上是把母排作為設(shè)計目標(biāo)，在這個方案中，母排電感目標(biāo)定在小于20nH，這樣才能把關(guān)斷電壓控制在2200V左右的安全工作區(qū)范圍內(nèi)，以滿足系統(tǒng)要求。單元換流回路是在模塊1和模塊2提取后，把一些寄生參數(shù)做到一致，進(jìn)而使開通關(guān)斷一致。

前面這些設(shè)計結(jié)束后，對整個系統(tǒng)進(jìn)行驗證，選擇一個驅(qū)動器進(jìn)行驗證。

主要是并聯(lián)測試驗證，選擇三個測試條件：開通750A、關(guān)斷750A（都是IGBT額定值），以及關(guān)斷1500A（兩倍額定電流）?？梢钥吹剑餍蕿閮蓚€電流之間的差值除以一個平均值，得到1.6%、0.9%和1.1%。尖峰電壓控制在2200V，雙倍額定電流關(guān)斷也可以控制在2300V，效果非常好，均流和電壓都控制得不錯。

如趙爭鳴教授所說，快速短路保護(hù)是SiC模塊使用中最大的可靠性問題，它受很多因素的影響，包括SiC芯片本身的體二極管和反偏二極管很容易出問題，造成門極干擾或參數(shù)不匹配。另外，由于高開關(guān)速度，在DS、GS腳之間容易產(chǎn)生高電應(yīng)力，使脈沖非常高；商用SiC模塊在封裝工藝方面不是很成熟，包括焊接。另外，因為器件太快，故障保護(hù)速度不夠，來不及反應(yīng)。

所以，SiC模塊的短路特性比較嚴(yán)格，每個廠商都提出了各種各樣的保護(hù)措施，三菱電機(jī)的模塊做的是兩并聯(lián)的短路測試。

在1800V和2000V母線條件下測試，從實際測試看，均流效率方面每個電流的差異都不大，尖峰電壓控制在2200V-2400V的合理范圍。保護(hù)功能在3μs時已經(jīng)起作用，可以將MOSFET安全關(guān)斷?？傊?，均流效率和尖峰電壓都控制得不錯。

寫在最后

讓理想優(yōu)勢照進(jìn)現(xiàn)實

如趙爭鳴教授強(qiáng)調(diào)的那樣，SiC器件的快速發(fā)展將經(jīng)歷從理想優(yōu)勢到應(yīng)用效益的轉(zhuǎn)變，人們先是期待獲得高頻、高壓、高溫等優(yōu)異的特性，也得到了一些好處，效率提高很多，但也發(fā)現(xiàn)了大量問題，在實際現(xiàn)場大規(guī)模使用SiC MOSFET仍處在一個兩難的階段。因此，要不斷將問題反饋給SiC器件研制者、制造商，只有器件開發(fā)者和使用者不斷來回迭代、研討、協(xié)商，才能解決這些問題，讓SiC器件發(fā)揮應(yīng)有的作用。

本站僅提供存儲服務(wù)，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請點擊舉報。

中文字幕理论片,69视频免费在线观看,亚洲成人app,国产1级毛片,刘涛最大尺度戏视频,欧美亚洲美女视频,2021韩国美女仙女屋vip视频