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晶体管,是用来控制或放大电信号和功率的设备,也是现代电子产品中最普遍的零部件之一。最被广泛使用的晶体管是MOSFET,即金属-氧化物-半导体场效应晶体管。MOSFET自20世纪60年代开始被使用,通常由硅制造而成的半导体器件。最新的MOSFET是使用碳化硅制造而称的,即SiC MOSFET。新一代的SiC MOSFET具有许多优点,但它尚未被广泛用于中压电源转换应用中。这是因为研究人员希望通过结合新技术来解决SiC MOSFET目前所面临几个挑战。
与传统晶体管相比,SiC MOSFET具有许多优势。与现有技术相比,SiC MOSFET可以通过提高效率和功率密度来满足现代电子技术的要求。但是,如果你只是用SiC MOSFET技术直接替换现有技术,就不能获得足够的益处来证明这种转变的合理性。为了充分利用SiC MOSFET并尽可能地扩大其应用范围,研究人员采用了新的控制技术和策略来改进SiC MOSFET在中压应用中的工作方式。
美国北卡罗来纳州罗利市ABB公司研究中心研究员Slavko Mocevic表示:“对于中压功率转换,10kV SiC MOSFET具有固有的优势,例如高击穿电压、快速开关、高温运行和低导通电阻。”
Mocevic还介绍了该技术的许多实际应用。“在电力船舶、人口密集的城区,以及在某些情况下的可再生能源等应用中,” Mocevic解释说,“这些地方通常面临着有限且昂贵的土地和空间问题,需要高密度和高效率的转换器。如果转换器使用10 kV SiC MOSFET,整个系统将受益于更高的效率、更高的开关频率、高密度、网络简化和高控制带宽。”
研究人员发现了许多有助于在中压功率转换器中采用SiC MOSFET的新技术。其中包括增强型栅极驱动器、抑制电磁干扰的栅极驱动器电源,以及无线功率传输转换器。然而,研究人员发现,开关周期控制(SCC)和集成电容阻断晶体管(ICBT)控制方法是最重要的。Mocevic表示:“开发的SCC和ICBT控制方法与10kV SiC MOSFET器件相结合的潜力是巨大的。这些转换器充分利用了SiC提供的快速转换速度和高开关速度的优势。它们还显著提高了功率密度和效率,并放宽了冷却要求。”这种技术组合的其他优势包括能够同时利用交流(AC)和直流(DC)电源、低频运行和无限制电压。
通过克服电磁干扰、高开关频率、快速电压转换以及对高压绝缘的需求等挑战,SiC MOSFET技术可以更广泛地被应用于中压转换器中。展望未来,Mocevic表示,“下一步是提高性能,并充分了解该转换器的性能,以确保所有目标应用在各种情况下都能稳定运行。最终目标是开发一系列利用SCC和ICBT控制的中压电路网络,以充分利用SiC器件的功率处理能力。这将有效解决目前无法采用的电路解决方案的不足。”
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