乐鱼体育app-如何利用碳化硅打造下一代固态断路器

作者: 安森美电源计划奇迹群产业计划部初级总监Sravan Vanaparthy

往常，碳化硅 (SiC) 器件正在电动汽车 (EV) 以及太阳能光伏 (PV) 使用中带来的功能劣势曾经失掉了普遍承认。不外，SiC 的资料劣势还能够用正在其余使用中，此中包含电路维护范畴。本文将回忆该范畴的开展，同时比拟机器维护以及运用差别半导体器件完成的固态断路器 (SSCB) 的优缺陷。最初，本文还将评论辩论为何 SiC 固态断路器日趋遭到人们喜爱。

维护电力根底设备以及设置装备摆设

输配电零碎和活络设置装备摆设都需求妥当的维护，以防由于长期过载以及瞬态短路状况而遭到破坏。跟着电力零碎以及电动汽车运用的电压愈来愈高，能够的最年夜毛病电流也比以往任什么时候候都更高。为了针对于这些高电流毛病供给维护，咱们需求超疾速交换以及直流断路器。过来，机器断路器不断是此类使用的次要挑选，但是跟着任务请求愈来愈严苛，固态断路器愈来愈遭到欢送。相较于机器断路器，固态断路用具有很多劣势：

·妥当性以及牢靠性：机器断路器内含勾当部件，因而绝对易于受损。这象征着它们简单破坏或者由于活动而不测主动断开，而且正在运用时期，每一次复位城市呈现磨损。比拟之下，固态断路器没有含勾当部件，因而愈加妥当牢靠，也没有太简单呈现不测破坏，因而可以重复停止数千次断开/闭合操纵。

·温度灵敏性：机器断路器的任务温度取决于其制作资料，因而正在任务温度方面存正在必定的限定。比拟之下，固态断路器的任务温度更高而且能够调理，因而它可以愈加灵敏地顺应差别的任务情况。

·近程设置装备摆设：机器断路器正在跳闸后需求野生手动复位，这能够十分耗时且本钱昂扬，出格是正在多个装置点停止年夜范围安排的状况下，别的也能够存正在平安隐患。而固态断路器则能够经过有线或者无线衔接停止近程复位。

·开关速率更快且没有会发生电弧：机器断路器正在开关时能够会发生较年夜的电弧以及电压动摇，足以破坏负载设置装备摆设。固态断路器采纳软启动办法，能够维护电路没有受这些感到电压尖峰以及电容浪涌电流的影响，并且开关速率要快很多，正在发作毛病时只要多少毫秒便可堵截电路。

·灵敏的电流额外值：固态断路用具有可编程的电流额外值，而机器断路器则具备牢固的电流额外值。

·尺寸更小、分量更轻：相较于机器断路器，固态断路重视量更轻、体积更小。

现有固态断路器的范围性

固然固态断路器相较于机器断路用具有多乐鱼体育app官方下载ios项劣势，但它们也存正在一些缺陷，详细包含电压/电流额外值受限定、导通消耗更高且价钱更贵。凡是，关于交换使用，固态断路器基于可控硅整流器 (TRIAC)，而关于直流零碎，则基于规范立体 MOSFET。TRIAC 或者 MOSFET 担任完成开关功用，而光断绝驱动器则用作把持元件。但是，正在具备高输入电流的状况下，基于 MOSFET 的高电流固态断路器需求运用散热片，这就象征着它们没法到达与机器断路器相反的功率密度程度。

异样地，运用绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 完成的固态断路器也需求散热片，由于当电流超越多少十安培时，饱以及电压会招致过量的功率消耗。举例来讲，当电流为 500 安培时，IGBT 上的 2V 压降会发生高达 1000W 的功率消耗。关于划一功率程度，MOSFET 需求具备约 4 mΩ 的导通电阻。跟着电动汽车中器件的电压额外值朝着 800V（乃至更高）开展，今朝不繁多器件可以完成这一电阻程度。固然实际上能够经过并联多个器件来完成该数字，但如许的做法会明显添加计划的尺寸以及本钱，特别是正在需求处置双向电流的状况下。

运用 SiC 功率模块打造下一代固态断路器

与硅芯片比拟，SiC 芯片正在相反额外电压以及导通电阻前提下，尺寸能够减少多达十倍。别的，与硅器件比拟，SiC 器件的开关速率至多快 100 倍，而且它能够正在高达两倍以上的峰值温度下任务。同时，SiC 具备超卓的导热功能，因而正在高电流程度下具备更好的妥当性。安森美应用 SiC 的这些特征开辟了一系列 EliteSiC 功率模块，其 1200V 器件的导通电阻低至 1.7mΩ。这些模块正在单个封装中集成为了两到六个 SiC MOSFET。

烧结芯片技能（将两个自力芯片烧结正在一个封装内）乃至正在高功率程度下也能供给牢靠的产物功能。因为具有疾速开关行动以及高热导率，因而该类器件能够正在毛病发作时疾速而平安地“跳闸”（断开电路），禁止电流活动，直到规复一般任务前提为止。如许的模块展现了愈来愈有能够将多个 SiC MOSFET 器件集成到单个封装中，以完成低导通电阻以及小尺寸，从而满意实践断路器使用的需要。别的，安森美还供给接受电压范畴为 650V 到 1700V 的 EliteSiC MOSFET 以及功率模块，因而这些器件也可用于打造合适单相以及三相家庭、贸易以及产业使用的固态断路器。安森美具备垂直整合的 SiC 供给链，可以供给近乎零缺点的产物，这些产物颠末片面的牢靠性测试，可以满意固态断路器制作商的需要。

图 1：安森美完好的端到端碳化硅 (SiC) 供给链

下图展现了固态断路器的模块化完成体式格局，此中以并联设置装备摆设衔接多个 1200V SiC 芯片以及多个开关来完成了极低的 rdson 以及优化的散热后果。下方这些完整集成的模块具备优化的引脚地位以及规划，有助于增加寄失效应，进步开关功能以及延长毛病呼应工夫。安森美供给丰厚多样的 SiC 模块产物组合，模块额外电压为 650V、1200V 以及 1700V，而且此中一些模块带有底板，而另外一些则无底板，以便满意差别的使用需要以及服从需要。

图 2：合用于固态断路器的 SiC B2B 模块- 480VAC -200A

图 3：合用于固态断路器使用的安森美模块

SiC 技能以及固态断路器将配合开展

机器断路用具有低功率消耗以及更高的功率密度，今朝价钱也低于固态断路器。别的，机器断路器简单由于重复运用而发作磨损，而且复位或者改换会发生高贵的野生保护本钱。跟着电动汽车的日趋遍及，市场对于断路器以及 SiC 器件的需要将继续增加，因而这类宽禁带技能的本钱合作力会日趋加强，而且其对于固态断路器计划的吸收力也会不时添加。跟着 SiC 工艺技能的不时提高以及自力 SiC MOSFET 的电阻进一步低落，固态断路器的功率消耗终极会到达与机器断路器相媲美的程度，当时功率消耗将再也不是个成绩。基于 SiC 器件的固态断路用具备开关速率快、无电弧和零保护等劣势，可以带来明显的本钱浪费，因而势必成为市场普遍采纳的支流挑选。

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