作者：安森美半導體(ti) 工業(ye) 及雲(yun) 電源公司營銷及戰略高級經理Ali Husain

國際能源署(IEA)估計，電機功耗占世界總電力的45%以上。因此，找到最大化其運行能效的方法至關(guan) 重要。能效更高的驅動裝置可以更小，並且更靠近電機，從(cong) 而減少長電纜帶來的挑戰。從(cong) 整體(ti) 成本和持續可靠性的角度來看，這將具有現實意義(yi) 。寬禁帶(WBG)半導體(ti) 技術的出現將有望在實現新的電機能效和外形尺寸基準方麵發揮重要作用。

使用WBG材料如碳化矽(SiC)可製造出性能超越矽(Si)的同類產(chan) 品。雖然有各種重要的機會(hui) 使用這項技術，但工業(ye) 電機驅動正獲得最大的興(xing) 趣和關(guan) 注。

SiC的高電子遷移率使其能夠支持更快的開關(guan) 速度。這些更快的開關(guan) 速度意味著相應的開關(guan) 損耗也將減少。它的介電擊穿場強幾乎比矽高一個(ge) 數量級。這能實現更薄的漂移層，這將轉化為(wei) 更低的導通電阻值。此外，由於(yu) SiC的導熱係數是Si的三倍，因此在散熱方麵要高效得多。因此，更容易減小熱應力。

傳(chuan) 統的高壓電機驅動器會(hui) 采用三相逆變器，其中Si IGBT集成反並聯二極管。三個(ge) 半橋相位驅動逆變器的相應相線圈，以提供正弦電流波形，隨後使電機運行。逆變器中浪費的能量將來自兩(liang) 個(ge) 主要來源-導通損耗和開關(guan) 損耗。用基於(yu) SiC的開關(guan) 代替Si基開關(guan) ，可減小這兩(liang) 種損耗。

SiC肖特基勢壘二極管不使用反並聯矽二極管，可集成到係統中。矽基二極管有反向恢複電流，會(hui) 造成開關(guan) 損耗（以及產(chan) 生電磁幹擾，或EMI），而SiC二極管的反向恢複電流可忽略不計。這使得開關(guan) 損耗可以減少達30%。由於(yu) 這些二極管產(chan) 生的EMI要低得多，所以對濾波的需求也不會(hui) 那麽(me) 大（導致物料清單更小）。還應注意，反向恢複電流會(hui) 增加導通時的集電極電流。由於(yu) SiC二極管的反向恢複電流要低得多，在此期間通過IGBT的峰值電流將更小，從(cong) 而提高運行的可靠性水平並延長係統的使用壽命。

因此，如果要提高驅動效率及延長係統的工作壽命時，遷移到SiC肖特基顯然是有利的。那麽(me) 我們(men) 何以采取更進一步的方案呢？如果用SiC MOSFET取代負責實際開關(guan) 功能的IGBT，那麽(me) 能效的提升將更顯著。在相同運行條件下，SiC MOSFET的開關(guan) 損耗要比矽基IGBT低五倍之多，而導通損耗則可減少一半之多。

WBG方案的其他相關(guan) 的好處包括大幅節省空間。SiC提供的卓越導熱性意味著所需的散熱器尺寸將大大減少。使用更小的電機驅動器，工程師可將其直接安裝在電機外殼上。這將減少所需的電纜數量。

安森美半導體(ti) 現在為(wei) 工程師提供與(yu) SiC二極管共同封裝的IGBT。此外，我們(men) 還有650V、900V和1200V額定值的SiC MOSFET。采用這樣的產(chan) 品，將有可能變革電機驅動，提高能效參數，並使實施更精簡。