SiC二极管逆变器投入应用,让燃料电池车更轻

SiC功率二极管在光伏并网逆变器中的作用一、SiC功率二极管概述SiC功率二极管，即碳化硅功率二极管，是一种基于宽禁带半导体材料碳化硅（SiC）的电力电子器件。

与传统的硅（Si）材料相比，SiC材料具有更高的热导率、更高的电子饱和漂移速率和更宽的能带间隙，这些特性使得SiC功率二极管在高温、高压、高频等极端环境下具有更优异的性能。

1.1 SiC功率二极管的核心特性SiC功率二极管的核心特性主要体现在以下几个方面：- 高温稳定性：SiC材料的热导率高，使得SiC功率二极管能够在更高的温度下稳定工作，减少散热需求。

- 高压耐受性：SiC材料的击穿电场强度高，允许SiC 功率二极管设计成能够承受更高电压的器件。

- 高频率特性：SiC材料的电子饱和漂移速率高，使得SiC功率二极管在高频开关应用中具有更快的响应速度。

- 低导通损耗：SiC功率二极管的导通电阻较低，从而在导通状态下的损耗较小。

1.2 SiC功率二极管的应用场景SiC功率二极管的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 电动汽车：用于电动汽车的牵引逆变器、车载充电器等，提高能效和功率密度。

- 可再生能源：用于太阳能光伏逆变器、风力发电逆变器等，提高系统效率和可靠性。

- 工业电源：用于工业电源的整流、逆变等环节，提升电源的效率和稳定性。

- 高压输配电：用于高压输配电系统的电力转换和控制，提高系统的稳定性和安全性。

二、光伏并网逆变器的工作原理光伏并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键设备，它将太阳能电池板产生的直流电（DC）转换为与电网兼容的交流电（AC），并实现与电网的无缝并网。

光伏并网逆变器的工作原理主要包括以下几个步骤：2.1 直流到交流的转换光伏并网逆变器通过电力电子转换技术，将直流电转换为交流电。

这一过程通常涉及到全桥或半桥电路的开关操作，以及脉宽调制（PWM）技术的应用。

2.2 并网同步光伏并网逆变器需要与电网的电压和频率同步，以确保交流电的波形与电网相匹配，实现稳定并网。

责任编辑：王莹SiC在电动汽车的功率转换中扮演越来越重要的角色SiC plays an increasingly important role in the power conversion of EVsGiovanni Luca SARICA（ST汽车和分立器件产品部 (ADG)大众市场业务拓展负责人，公司战略办公室成员）1 中国新能源汽车市场的需求特点首先，中国的电动化发展速度很快，中国企业的创新力旺盛，而且直接从传统汽车向新能源汽车过渡，没有美国或欧洲企业所面临的复杂的“技术遗产”问题。

相比欧美，新兴的中国车企更期待新能源汽车。

在中国，功率转换系统在汽车中的应用非常广泛，这就是为什么ST专注于与中国客户合作开发电源管理系统。

2 SiC在成本上有优势吗SiC解决方案的成本是比IGBT方案多出一些，实际上，根据第三方独立分析机构的整车半导体成本测算，SiC解决方案比IGBT方案每辆整车成本多出300美元（2019年测算）。

2020年，根据ST的预测，考虑到制造规模变大，SiC技术改进，两种方案之间的成本差距正在收窄。

与硅基器件相比，SiC的成本优势不在于器件本身成本，而是体现在车辆总体成本方面，为汽车制造商节省很多钱。

因为当采用SiC时，开关频率可以设计得更高，这将提高器件的能效，降低无源元件的尺寸/成本。

因为无源器件在应用系统总成本中占比很高；此外，当采用较小的无源器件时，还可以缩减模块的整体尺寸，并且可以进一步降低整体成本。

在节省成本方面，汽车制造商还可以获得其他的重要的好处。

例如，当使用SiC解决方案获得更高能效时，可以降低动力电池冷却系统的尺寸，电池冷却系统是导致总体成本增加的主要因素。

最终，根据独立分析机构的预测，与传统硅基解决方案相比，SiC解决方案可使整车半导体成本节省 2000 美元。

显然，这是SiC 给汽车制造商带来的实实在在的成本效益。

同时，SiC有助于提高车辆的性能，延长新能源汽车的续航里程，带来更好的综合用户体验，并使车辆充电速度更快。

1200v sic mosfet应用场景
以下是1200V SiC MOSFET的应用场景：
1. 交流变频器：由于SiC MOSFET具有低开通电阻和高开关速度，适用于高频和高温应用，因此广泛应用于交流变频器中。

它们能够实现更高效率和更小体积的交流变频调控系统。

2. 太阳能逆变器：SiC MOSFET能够更好地处理高电压和高温条件，因此适用于太阳能逆变器，可以提高太阳能电池板的转换效率和系统的可靠性。

3. 电动车充电器：SiC MOSFET因其高电压能力和高温性能，通常在电动车充电器中使用。

它们能够提供更大的功率密度和更高的效率，从而降低充电时间。

4. 电力因素校正器：SiC MOSFET可以在高压和高频率下操作，所以它们适用于电力因素校正器。

它们能够提供更高的开关速度和更小的导通和开阻抗，从而提高电网的功率因数。

5. 高压直流输电系统：由于在高电压下操作，SiC MOSFET被广泛应用于高压直流输电系统中。

它们可以提供更高的开关速度和更低的开通电阻，从而提高整个系统的效率和可靠性。

总的来说，1200V SiC MOSFET在高电压和高温条件下的应用场景非常广泛，
可以应用于交流变频器、太阳能逆变器、电动车充电器、电力因素校正器和高压直流输电系统等领域。

Sic在光伏逆变器中的研究应用逆变电路是光伏发电的重要部分，提高光伏发电效率首先要提高逆变电路效率。

Sic功率器件是未来的半导体器件，Sic肖特基二极管耐高温、开关损耗低以及反向恢复时间快等优点可以用以提高逆变电路的效率和稳定性。

在理论分析的基础上，本文通过仿真进行了实际验证，得出Sic肖特基二极管可以明显减少逆变电路损耗，体现了Sic器件的优越性。

标签：Sic功率器件逆变电路1、引言在全世界非再生能源面临危机的背景下，世界各国将目光放在了可再生能源的利用上。

电力现已成为人类不可或缺的一种生活必需品，而发电的主要能源——化石能源面临着枯竭的危机，太阳能、地热能、风能等可再生能源发电技术成为各国争相研究的热点[1]。

本文主要研究在利用太阳能的光伏发电技术中，使用新型碳化硅（Sic）器件替代以往的硅（Si）器件对于光伏逆变器效率和可靠性的影响。

2、逆变电路分析Sic材料相比Si材料具有宽的禁带宽度、高的临界击穿电场和高的热导率等物理优点，利用Sic材料作为基底制作的Sic功率器件拥有更高的工作频率、阻断电压、耐高温能力以及更低的开关损耗。

逆变器是光伏发电的核心部分，通过控制电力电子器件的通断来控制电路，将直流变换成交流。

逆变器的效率是输出交流功率与输入直流功率的比值，由于逆变器工作时开关器件存在功率损耗，所以逆变器的效率永远低于1，提高逆变器的效率就可以从降低损耗入手[2]。

同时，由于逆变电路工作时的损耗会以热量的形式表现，热量积聚产生高温，散热装置是功率电路必不可少的。

传统的Si器件耐高温能力差，很难在高于250℃的高温下工作，而Sic器件由于Sic材料的特性，可以工作在500℃以上的高温[3]。

这将会大大减少散热装置所占的体积并且提高逆变器的工作可靠性。

逆变器电路主要是由功率器件组成，这些功率器件分为两大类—开关器件和续流二极管。

开关器件相当于开关用来控制电路的通断，将直流逆变为交流；而续流二极管并联在开关器件上，当回路中存在感性元件时，负载的电流变化滞后于电压，续流二极管为流经负载的电流提供通路，降低逆变器损耗就可以从开关器件和续流二极管两方面进行研究。

高效SiC技术的介绍和分析摘要：随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求，SiC（碳化硅）将会是越来越合适的半导体器件。

尤其针对光伏逆变器和UPS应用，SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。

本文主要介绍SiC技术优点、缺点及目前应用层面的一些瓶颈。

1.引言由于SiC相对于Si的一些独特性，对于SiC技术的研究，可以追溯到上世界70年代。

简单来说，SiC主要在以下3个方面具有明显的优势:击穿电压强度高（10倍于Si）更宽的能带隙（3倍于Si）热导率高（3倍于Si）这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。

当然，这些特性也使得大规模生产面临一些障碍，直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。

目前标准的是4英寸晶片，但是接下来6英寸晶片也要诞生，这会导致成本有显着的下降。

而相比之下，当今12英寸的Si晶片已经很普遍，如果预测没有问题的话，接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。

Vincotech公司十几年前就已经采用SiC二极管来开发功率模块。

SiC二极管由于其卓越的反向恢复特性，可以有效的减小它本身的开关损耗和IGBT的开关损耗。

SiC肖特基二极管虽然已经应用了很多年，但是还需要进一步改善价格来获得更广阔的市场。

最近几年的主要研究和应用是基于SiC的有源开关器件，比如SiC MOSFET和SiC JFET. 从目前电压等级4Kv以下的应用来看，SiC MOSET有打败SiC JFET的势头。

SiC MOSFET有着卓越的开关损耗和超小的导通损耗。

SiC MOSFET大批量商业化的最大障碍目前还是由于其居高不下的价格。

然而我们还是要综合评估整个系统成本，因为SiC MOSFET还是带来系统整个体积和其他成本的下降。

文本会介绍一些SiC和Si在效率、损耗方面的对比来证明SiC在高频应用上的优势。

采用boost模型，对比分析SiC和Si器件的损耗我们来看一下boost电路。

逆变器新技术与工程应用实例
逆变器新技术
1. SiC逆变器：使用碳化硅器件来代替传统的硅器件，提高了逆变器的效率和功率密度。

2. 智能化逆变器：通过智能模块和处理器，实现对电能质量、电路保护和通信功能等方面的优化和提升。

3. 集成化逆变器：将逆变器、变压器和控制电路等多个部件集成在一起，减少了电路复杂度和体积，提高了热效率和可靠性。

4. 双向逆变器：能实现逆变器的双向电力转换，既能将直流电转换成交流电，也能将交流电转换成直流电，并能在两者之间切换。

工程应用实例
1. 太阳能逆变器：将太阳能电池板的直流电转换成交流电，使其能够供应给家庭和公共电网使用。

2. 电动汽车逆变器：将电池组直流电转换成交流电，以驱动电动汽车电动机实现行驶。

3. 风力发电逆变器：将风力发电机的直流电转换成交流电，以供应给家庭和公共电网使用。

4. UPS逆变器：在电力中断时，将电池的直流电转换成家庭和公共电网可用的交流电，保障电子设备的正常运行。

SiC器件在光伏逆变器中的应用与挑战研究[摘要]伴随新能源变流器的持续应用发展，其今后发展趋势将以较高的功率密度、可靠高效、低成本等为主。

以SiC器件为基础下新能源类型逆变器属于必然的一种选择。

我国现阶段已有部分光伏的逆变器内部着手引入SiC器件，并且投放运行，所获取效果比较理想。

鉴于此，本文主要探讨光伏逆变器当中SiC器件的应用及其挑战，仅供业内相关人士参考。

[关键词]逆变器；光伏；SiC器件；应用；挑战前言：SiC器件，其对于光伏逆变器而言往往属于双刃剑，虽然可获取更多技术优势，但应用过程当中往往还面对着较多技术方面挑战，需要予以充分考虑分析。

因而，对光伏逆变器当中SiC器件的应用及其挑战开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、简述SiC器件与Si器件相比较起来，SiC器件自身性能提升显著，能够满足于光伏变换装置需求目标。

能隙较高，则器件实际漏电流会相对较小，而自身高温层面耐受力会有所增强。

SiC器件实际最高结温是225℃，可见，其能耐受的结温高，对整个逆变器而言可起到散热简化方面作用。

SiC器件实行冷却方式，可促使散热装置体积、重量均下降，而功率密度逐渐提高，则逆变器实际成本减少[1]。

但针对高结温类型器件，其在商业化量产方面会受限于高温封装相关技术。

同时，临界场强，则相同耐压条件之下，芯片尺寸相对更小，且导通电阻、结电容实际大小均下降，实际的开关速度随之加快。

Si MOSFET器件，其通常呈较大的结电容，且开关频率实际限定范围是100kHz之内；SiC MOSFET运作频率能够提升至＞200kHz。

故光伏逆变器实际应用期间，SiCMOSFET能够代替Si IGBT，促使损耗下降，逆变器总体效率提升；开关频率逐渐提升后，直流母线总体电容及其输出的相应滤波电感等所有无源元件实际体积、质量均下降，则系统成本明显降低，但功率密度呈提升趋势。

低损耗之下，温度总体循环应力呈下降趋势，器件及其逆变器则更具可靠性，实际的使用寿命可被延长。

SiC功率器件特性及其在逆变器中的应用研究的开题报告题目：SiC功率器件特性及其在逆变器中的应用研究一、研究背景及意义目前，随着能源领域的快速发展，人们对能源的利用效率和效益的要求不断提高。

在这种背景下，提高能源变换效率和减少电能损耗成为热门研究领域。

其中，功率器件是实现电能转换的核心装置。

传统的硅基功率器件在功率密度、导通损耗和反向恢复速度等方面存在一定的局限性，不能满足现代高效率、高质量、高可靠性电力系统的需求。

而碳化硅（SiC）功率器件由于其高电场强度、高热导率和高载流子流动速度等优良特性，被广泛应用于电力电子领域。

SiC功率器件的使用可以显著提高功率密度、降低导通损耗和提高反向恢复速度，从而提高电能转换效率。

本论文通过研究SiC功率器件的特点，并探讨其在逆变器中的应用，为提高能源利用效率、减少电能损耗等方面提供理论和技术支持。

二、研究内容和方法1.出发点：SiC功率器件特性研究及其应用，逆变器设计及其仿真模拟。

2.主要研究内容：（1）SiC功率器件特性研究：探讨SiC功率器件的物理特性、结构特性和电学特性等方面，以及与传统硅基功率器件的比较分析。

（2）SiC功率器件在逆变器中的应用研究：研究SiC功率器件在三相桥式全桥、三相桥式半桥和三相桥式三电平逆变器中的应用，分析其在功率密度、导通损耗和反向恢复速度等方面的优势和应用效果。

（3）逆变器设计与仿真模拟：在Matlab/Simulink软件平台上，针对不同类型逆变器（全桥逆变器、半桥逆变器、三电平逆变器等），设计并编程建立仿真模型，进行逆变过程的仿真模拟，分析不同类型逆变器的效率和性能差异。

3.研究方法：本研究将采用文献综述、实验研究和数值分析相结合的方法进行，主要包括对SiC功率器件特性的分析和研究、逆变器设计及其仿真模拟等方面的研究。

三、预期成果及意义本研究的主要成果有：（1）系统性的介绍SiC功率器件的物理、结构和电学特性，并与传统的硅基功率器件进行比较分析。

二极管在汽车交流发电机中的应用汽车交流发电机是汽车的重要组成部分，它负责为汽车提供电能。

二极管在汽车交流发电机中扮演着重要的角色，它的作用主要体现在以下几个方面。

1.整流作用汽车交流发电机的工作原理是基于电磁感应原理，它产生的电能可以通过二极管整流为直流电。

二极管具有单向导电性，它只允许电流从一个方向流过，从而将交流电转化为直流电。

通过二极管的整流作用，汽车交流发电机输出的电能可以更加稳定和可靠。

2.防止反电动势汽车交流发电机在运行过程中会产生反电动势，这会对电路造成损坏。

二极管可以起到防止反电动势的作用，它可以将反向电动势通过自身消耗掉，从而保护电路不受损坏。

3.短路保护当汽车交流发电机出现短路时，电流会迅速增加，这可能会对发电机和电路造成严重的损害。

二极管可以起到短路保护的作用，它可以在电路出现短路时迅速切断电流，从而保护发电机和电路不受损坏。

4.磁场反向汽车交流发电机中的磁场方向会不断变化，这会对发电机的效率产生影响。

二极管可以起到控制磁场反向的作用，它可以将部分磁场能量转化为电能，从而提高发电机的效率。

5.电压稳定汽车交流发电机的电压稳定性对于汽车的运行至关重要。

二极管可以通过整流和滤波作用，实现电压的稳定输出，从而保证汽车用电设备的正常运行。

6.谐波抑制汽车交流发电机产生的电能中含有谐波成分，这对汽车的运行会产生不利影响。

二极管可以起到谐波抑制的作用，它可以将谐波分量降到最低，从而提高汽车运行的稳定性和可靠性。

7.启动保护汽车交流发电机在启动时需要一定的电流才能开始运转。

如果发电机启动时的电流过大，可能会对发电机和电路造成损害。

二极管可以起到启动保护的作用，它可以在发电机启动时限制电流的大小，从而保护发电机和电路不受损坏。

8.相位控制汽车交流发电机的相位控制对于汽车的运行至关重要。

通过二极管的相位控制作用，可以保证发电机的相位与发动机的相位同步，从而实现更加高效的电能输出。

9.过电压保护汽车交流发电机在运行过程中可能会出现过电压情况，这会对用电设备造成损害。

新能源汽车功率半导体第三代化合物半导体SiC及GaN应用分析SiC主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。

SiC器件相对于Si器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。

SiC适合高压领域，GaN更适用于低压及高频领域。

SiC是第三代半导体材料的代表。

以硅而言，目前SiMOSFET应用多在1000V以下，约在600~900V之间，若超过1000V，其芯片尺寸会很大，切换损耗、寄生电容也会上升。

SiC器件相对于Si器件的优势之处在于，降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。

SiC 功率器件的损耗是Si器件的50%左右。

SiC主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。

SiC的开关损耗数据来源：公开资料整理英飞凌和科锐占据了全球SiC市场的70%。

罗姆公司在本田的Clarity上搭载了SiC 功率器件，Clarity是世界首次用FullSiC驱动的燃料电动车，由于具有高温下动作和低损耗等特点，可以缩小用于冷却的散热片，扩大内部空间。

2017年全球SiC功率半导体市场总额达3.99亿美元。

预计到2023年市场总额将达16.44亿美元，年复合增长率26.6%。

从应用来看，混合动力和纯电动汽车的增长率最高，达81.4%。

从产品来看，SiCJFETs的增长率最高，达38.9%。

其次为全SiC功率模块，增长率达31.7%。

政策支持力度大幅提升，推动第三代半导体产业弯道超车。

国家和各地方政府持续推出政策和产业扶持基金支持第三代半导体发展。

2018年7月国内首个《第三代半导体电力电子技术路线图》正式发布，提出了中国第三代半导体电力电子技术的发展路径及产业建设。

福建省更是投入500亿，成立专门的安芯基金来建设第三代半导体产业集群。

GaN应用场景增多，迎来发展机遇。

由于GaN的禁带宽度较大，利用GaN可以获得更大带宽、更大放大器增益、尺寸更小的半导体器件。

GaN。

器件可以分为射频器件和电力电子器件。