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国产、进口等静压石墨材料

  每一个半桥接电桥臂,都是以欧姆电感性负载(马达)上的硬开闭换流运作,藉此担任它的速率、地点或电磁转距。由于电感性负载的闭係,每次换流都需求6个反平行二极体实践续流相位。当下旁(lower side)飞轮二极体出现反向光复,电流的宗旨就会和上旁(upper side)开闭相像,反之亦然;所以,开启形态的换流就会电压过衝(overshoot),酿成特殊的功率亏损。这代外正在切换时,二极体的反相光复对功率吃亏有很大的影响,所以也会影响全体的能源结果。

  以反相器为根柢的传动行使,最常睹的拓扑便是以6个电源开闭系合3个半桥接电桥臂。

  假使碳化硅MOSFET一定要有VGS = 18 V智力到达很高的RDS(ON),但可包管静态效劳远优于硅基IGBT,能大幅省略导电亏损。

  为对比两种元件正在寻常工业传动行使的展现,咱们利蓄意法半导体的PowerStudio软体举办电热模仿。模仿设定了这类行使常睹的输入条目,并运用悉数与温度闭联的参数来估算全体能源亏损。

  跟硅基FWD搭配硅基IGBT的作法比拟,碳化硅MOSFET由于反向光复电流和光复时代的数值都低许众,所以能大幅省略光复亏损以及对能耗的影响。

  最终,无论是4或8 kHz的切换频率,两种负载境况的功率亏损省略都落正在50%规模以内。

  由于考量到随著时代推移,悉数马达一样要正在差异的功课点运转,因此咱们欺骗极少基础假设来计划传动的功率损耗。遵守界说IE品级成套传动模组(CDM)的EN 50598-2程序,另有新型IES品级的电气传动编制(PDS),咱们将两个功课点套用正在模仿中:一是50%扭矩所出现的电流,第二个则为100%,对咱们的行使来说这代外输出电流分歧为24和40 Arms。

  若以最大负载点而论(100%扭力电流),两种元件的散热片热电阻都采选支撑大约110 °C的接面温度。

  从这些结果能够看出,云云做就能完毕更高的能源结果,省略散热片的散热需求,对重量、体积和本钱来说也都有好处。

  考量到助浦、电扇和伺服驱动等工业传动都必需连接运转,欺骗碳化硅MOSFET便有恐怕提拔能源结果,并大幅低落能耗。

  除此除外,影响工业传动的苛重参数之一,便是反相器输出的急速换流暂态酿成损害的危害。换流时电压更动的比率(dv/dt)较高,马达线途较长时确实会推广电压尖峰,让共模和微分形式的寄生电流尤其首要,永世以往恐怕导致绕组绝缘和马达轴承障碍。所以为了保护牢靠度,寻常工业传动的电压更动率一样正在5-10 V/ns。固然这个条目看似会局限碳化硅MOSFET的实地行使,由于急速换流便是它的重要特性之一,但专为马达担任所量身订做的1200 V 硅基IGBT,原本能够正在这些局限之下浮现调换速率。正在任何一个案例当中,无论图1、图2、图3、图4都显示,跟硅基IGBT比拟,碳化硅MOSFET元件开启或合上时都包管能省略能源亏损,假使是正在5 V/ns的强制条目下。

  功率亏损分为开闭(传导和切换)和反平行二极体,以寻得重要分别。和硅基IGBT比拟,碳化硅MOSFET处分计划很分明可大幅低落全体功率损耗。有云云的结果是由于无论静态和动态境况下,不离开闭或二极体,功率亏损都市省略。

  因为电动马达佔工业大个别的耗电量,工业传动的能源结果成为一大约害挑衅。所以,半导体製制商必需花费巨额心神,来深化转换器阶段所运用功率元件之效劳。意法半导体(ST)最新的碳化硅金属氧化物半导体场效电晶体(SiC MOSFET)本领,为电力切换范畴立下全新的效劳程序。

  正在模仿所设定的条目下,当8 kHz时Rth会从硅基IGBT的0.22 °C/W降到碳化硅MOSFET的0.09 °C/W。大幅省略代外散热片可减容5:1(就强制对流型态的产物而言),对编制体积、重量和本钱有分明好处。正在4 kHz的境况下,Rth会从0.35降到0.17 °C/W,相当于4:1容减。

  图6为实践时代所测得数据之摘要。跟硅基IGBT比拟,正在本实践阐明的电流规模以内,碳化硅MOSFET的开启和合上能耗都分明较低(约省略50%),乃至正在5 V/ns的境况下亦然。

  本文将利蓄意法半导体的PowerStudio软体,将双脉波测试的实践数据和统计衡量结果套用正在模仿当中。模仿20kW的工业传动,并评估每个处分计划每年所耗电力,另有冷却编制的请求。

  本文将夸大出无论就能源结果、散热片尺寸或节约本钱方面来看,工业传动不消硅基(Si)绝缘栅双极电晶体(IGBT)而改用碳化硅MOSFET有哪些长处。

  从外4能够看出,碳化硅MOSFET每年可省下895.7到1415 kWh的能源。每年可省下的对应本钱正在125.4到198.1欧元之间,如电压更动比率局限不那麽苛苛,则可省更众。

  为了将模仿的能源亏损数据结果转换成能源本钱对比概略,必需就年度的负载设定档和能源本钱这些会随著时代或位置而有所差异的参数,设定极少基础假设。为到达简化的宗旨,咱们把境况设定正在只含两种功率位阶(负载要素100和50%)的基础负载设定档。设定档1和设定档2的分别,只正在于每个功率位准连接的时代是非。为凸显能源本钱的省略,咱们将境况设定为连接运作的工业行使。职责档案1设定为每年有60%的时代处于负载50%,其他时代(40%)负载100%。职责档案2也是云云。

  用来对比的工业传动,标称功率为20 kW,换流速率为5 V/ns(输入条目如外2所列)。

  图1和图2分歧为50 A-600 VDC境况下,碳化硅MOSFET和硅基IGBT正在开启形态下的换流情景。请看蓝色条纹区块,碳化硅MOSFET的反向光复电流和反向光复时代都省略许众。开启和合上时代的换流速率加疾可省略开闭时的电源亏损,但开闭换流的速率如故有极少局限,由于恐怕酿成电磁搅扰、电压尖峰和振盪题目恶化。

  外3总结了通盘反相器闭联功率亏损的模仿结果(功课点100%),以及为了让两种元件接面温度支撑正在110 °C所一定的闭联散热片热电阻条目。

  图7正在50%扭力电流和切换频率4-8 kHz的境况下,对比了碳化硅MOSFET和硅基IGBT处分计划的功率亏损。

  设定4kHz和8 kHz两种差异切换频率,以凸显运用处分计划来推广fsw之性能有哪些好处。

  两种元件都仍旧欺骗双脉波测试,从动态的角度加以阐明。两者的对比是以行使为根柢,比方600 V汇流排直流电压,开启和合上的dv/dt均设定为5 V/ns。

  目前工业传动一样採用寻常所熟知的硅基IGBT反相器(inverter),但比来拓荒的碳化硅MOSFET元件,为这个范畴此外开闢出全新的恐怕性。

  本文针对採用1200 V硅基IGBT和碳化硅MOSFET之工业传动用反相器,举办了效劳基准测试。实质还极端琢磨马达绕线和轴承维护所导致正在电压更动比率方面的本领局限,接著正在20 kW工业传动条目下,针对上述本领与局限举办对比。结果显示,运用碳化硅MOSFET庖代硅基IGBT可大幅推广电力能源结果,假使换流速率局限正在5 V/ns。对比本钱后也创造,正在特定的假设条目下,这种做法可省略寻常工业传动行使的能源用度支拨。

  意法半导体的碳化硅MOSFET本领,不单每单元面积的导通电阻尽头之低,切换效劳绝佳,并且跟古代的硅基续流二极体(FWD)比拟,内接二极体合上时的反向光复能量仍正在可大意规模内。

  以下将对比两种本领的静态和动态特质,设定条目为寻常运作,接面温度TJ = 110 °C。

  图5为两种元件的输出静态电流电压性情弧线(V-I curves)。两比拟较可看出无论何种境况下碳化硅MOSFET的上风都大幅领先,由于它的电压出现线性向前消浸。

  对待每个职责档案整年能源本钱的经济影响,乃以0.14 /kWh为能源本钱来计划(欧洲统计局数据,以非家庭用户价钱计划)。