【導讀】DC總線電壓為400 V或更大的電氣係統，由單相或三相電網功率或儲能係統（ESS）tigongdongli，keyitongguogutaidianlubaohutigaoqikekaoxinghedanxing。zaishejigaoyagutaidianchiduankailianjiekaiguanshi，xuyaokaolvyixiejibendeshejijuece。guanjianyinsubaokuobandaotijishu
，shebeileixing，rebaozhuang，shebeijianguxingyijizaidianluzhongduanqijianguanlidiangannengliang。benwentaolunlexuanzegonglvbandaotijishudeshejizhuyishixiang，bingweigaoya，gaodianliudianchiduankaikaiguandingyilebandaotibaozhuang
，yijibiaozhengxitongjishengdianganheguoduliudongbaohuxianzhidezhongyaoxing。

DC總線電壓為400 V或更大的電氣係統
，由單相或三相電網功率或儲能係統（ESS）tigongdongli，keyitongguogutaidianlubaohutigaoqikekaoxinghedanxing。zaishejigaoyagutaidianchiduankailianjiekaiguanshi，xuyaokaolvyixiejibendeshejijuece。guanjianyinsubaokuobandaotijishu，shebeileixing
，rebaozhuang，shebeijianguxingyijizaidianluzhongduanqijianguanlidiangannengliang。benwentaolunlexuanzegonglvbandaotijishudeshejizhuyishixiang
，bingweigaoya，gaodianliudianchiduankaikaiguandingyilebandaotibaozhuang
，yijibiaozhengxitongjishengdianganheguoduliudongbaohuxianzhidezhongyaoxing。
　　

寬帶半導體技術的優勢

需要仔細考慮以選擇的半導體材料以實現具有的狀態阻力，的離狀態泄漏電流，高電壓阻滯功能和高功率能力的開關。圖1顯示了矽（SI），碳化矽（SIC）和氮化殼（GAN）的半導體材料特性。 SIC和GAN的(de)電(dian)擊(ji)球(qiu)場(chang)大(da)約(yue)是(shi)矽(gui)的(de)十(shi)倍(bei)。這(zhe)使(shi)得(de)具(ju)有(you)等(deng)效(xiao)級(ji)矽(gui)設(she)備(bei)厚(hou)度(du)的(de)漂(piao)移(yi)區(qu)域(yu)的(de)設(she)備(bei)的(de)設(she)計(ji)是(shi)其(qi)厚(hou)度(du)的(de)十(shi)分(fen)之(zhi)一(yi)，因(yin)為(wei)其(qi)厚(hou)度(du)與(yu)電(dian)擊(ji)穿(chuan)場(chang)成(cheng)反(fan)比(bi)。此(ci)外(wai)，漂(piao)移(yi)區(qu)域(yu)的(de)電(dian)阻(zu)與(yu)分(fen)解(jie)場(chang)的(de)立(li)方(fang)體(ti)成(cheng)反(fan)比(bi)。這(zhe)導(dao)致(zhi)較(jiao)低(di)的(de)漂(piao)移(yi)區(qu)域(yu)阻(zu)力(li)降(jiang)低(di)了(le)近(jin)1000倍bei。在zai所suo有you損sun失shi都dou是shi傳chuan導dao損sun失shi的de固gu態tai開kai關guan應ying用yong程cheng序xu中zhong，高gao電dian擊ji穿chuan場chang是shi一yi個ge重zhong要yao的de優you勢shi。這zhe種zhong降jiang低di的de電dian阻zu還hai消xiao除chu了le動dong態tai閂shuan鎖suo問wen題ti的de擔dan憂you，在zai矽gui功gong率lvMOSFET和IGBT中，高DV/DT瞬變分別可能觸發寄生NPN晶體管或晶狀體。

圖1。SI ，SIC和GAN材料特性。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　

碳化矽的導熱率是SI和GANdesanbei
，xianzhetigaolecongxinpianzhongchouchureliangdenengli，congershiqinenggouyunxinglengqueqibingjianhuaresheji。lingwai，duiyudengxiaomubiaolianjiewendu，tayunxugenggaodedianliucaozuo。jiaogaoderedaolvyugaodiandongfenjiechangxiangjiehe，daozhikangxingjiaodi，jinyibujianhualeresheji。
　　

碳化矽是一種寬帶gap（WBG）半ban導dao體ti材cai料liao

，其qi能neng量liang隙xi幾ji乎hu是shi矽gui的de三san倍bei
，可ke實shi現xian更geng高gao溫wen度du的de運yun行xing。半ban導dao體ti在zai升sheng高gao的de溫wen度du下xia停ting止zhi充chong當dang半ban導dao體ti。較jiao大da的de能neng量liang隙xi使shi碳tan化hua矽gui碳tan化hua矽gui的de運yun行xing攝she入ru比bi矽gui高gao幾ji百bai度du，因yin為wei自zi由you電dian荷he載zai體ti的de濃nong度du較jiao低di。但dan是shi
，基ji於yu當dang今jin技ji術shu的de其qi他ta因yin素su（例如，包裝
，門氧化物泄漏）將設備的連接溫度限製為175°C。 WBG技術的另一個優點是
，它提供了較低的州泄漏電流。
　　

考慮到這些特征，碳化矽是該應用的半導體材料。
　　

IGBT，MOSFET和JFET之間的差異
　　

jingtiguandeleixingshixiayigeguanjianyinsu。zaidaduoshuqingkuangxia，chuandaosunshitichuledeshejitiaozhan。yingjiangchuandaosunhaohuayimanzuxitongdereyaoqiu。yetilengquezaimouxiexitongzhongkeyong，erlingyixiexitongkeyishiyongqiangpokongqihuoyikaoziranduiliu。chuledechuandaosunshiwai，haibixujiangdianyaxiajiangbaochizaixiandu，yiditigaosuoyoucaozuodiandexiaolv，baokuozhaomingtiaojian。zhezaidianchidonglixitongzhongyouweizhongyao。zaibaokuozhiliuxitongzaineidexuduoxitongzhong，lingyigezhongyaoyinsushishuangxiangdianliuliu。tongchangxuyaojuyoudichuandaosunhao，diyaxiajianghefanxiangchuandaonenglidejingtiguan。tongchangkaolvdejingtiguanshiIGBT
，MOSFET和JFET。
　　

雖然IGBT在峰值負載電流下提供可比的傳導損失作為MOSFET
，但一旦負載電流降低
，基於IGBT的溶液的效率就會降低。這是因為電壓下降由兩個組件組成：一個近恒定電壓下降，與收集器電流無關，並且與收集器電流成正比的電壓下降。使用MOSFET，電壓下降與源電流成正比。它沒有IGBT的開銷
，這可以在所有操作點（包括燈負載條件）上具有很高的效率。 MOSFET允許在象限和第三象限中傳導通道傳導，這意味著電流可以以前和反向方向流過設備。 MOSFET的第三季度操作的另一個好處是
，它的狀態阻力通常比個象限略低。而IGBT僅在個象限中引導電流

，並且需要一個反行二極管才能反向電流傳導。 JFET是一種較舊的技術
，但進行了複興
，可以在前進和反向傳導中起作用，並且像MOSFET一樣，電壓降低與排水管成正比。它與MOSFET不同的地方是它是耗盡模式的設備。也就是說，JFETtongchangchuyudakaizhuangtai，xuyaozhajipianzhiyiyizhidianliudeliudong。zaikaolvxitongguzhangtiaojianshi，zhegeishejishidailaileshijitiaozhan。zuoweijiejuefangfa
，keyishiyongbaokuoyixiliediyaguiMOSFET的級聯配置來實現正常的設備。係列矽設備的添加增加了複雜性
，這減少了JFET在高電流應用中的一些優勢。 SIC MOSFET是一種通常的設備

，在許多係統中提供了所需的低阻力和可控性。
　　

熱包裝
　　

SIC功率模塊可以實現高水平的係統優化，而離散的MOSFET很難實現。 Microchip的MSIC模塊可在一係列配置
，電壓和當前評分中獲得。其中包括通用源配置
，該配置將兩個SIC MOSFET連接在反係列配置中以允許雙向電壓和電流阻斷。每個MOSFET都由並行連接的多個芯片組成，以達到額定的電流和低國家電阻。對於單向電池斷開連接開關，兩個MOSFET與功率模塊並行連接。
　　

需xu要yao低di的de州zhou電dian阻zu和he低di熱re阻zu力li來lai保bao持chi芯xin片pian涼liang爽shuang。模mo塊kuai中zhong使shi用yong的de材cai料liao是shi確que定ding從cong連lian接jie到dao情qing況kuang的de熱re電dian阻zu及ji其qi可ke靠kao性xing的de重zhong要yao元yuan素su。具ju體ti而er言yan，模mo板ban，基ji材cai和he基ji本ben材cai料liao的de特te性xing是shi模mo塊kuai熱re電dian阻zu的de主zhu要yao因yin素su。選xuan擇ze表biao現xian出chu較jiao高gao熱re導dao率lv的de材cai料liao有you助zhu於yu地di減jian少shao熱re電dian阻zu和he連lian接jie溫wen度du。除chu熱re性xing能neng外wai，選xuan擇ze具ju有you密mi切qie匹pi配pei的de熱re膨peng脹zhang係xi數shu（CTE）的材料還可以通過減少材料界麵和內部的熱應力來增加模塊的壽命。表1總結了這些熱特性。氮化鋁（ALN）底物和銅（CU）基礎底物是MSIC功率模塊的標準配置。氮化矽（SI 3 N 4）底物和鋁碳化矽（ALSIC）基礎底板的期權可提供更高的可靠性。圖2中是標準SP3F和SP6C軟件包中的通用功率模塊，以及具有DO-160資格的高可易度底板BL1和BL3軟件包。
　　

設備堅固性和係統電感

chulemokuaiderexingnenghechangqikekaoxingwai，dianluzhongduanshebeizhongdelingyigeshejikaolvyinsushigaodiangannengliang。jidianqihejiechuqidezhouqishuliangyouxian。tamentongchangyongxiezaidejixieqiehuanxunhuanzhiding，bingqiedianqijiazaixunhuanjiaoshao。xitongzhongdediangandaozhikuachudiandehuxing，congerzaidianliusunhuaishihuijiangjie。yinci，dianqizhouqiedingzhidegongzuotiaojianshimingquedingyide，bingqieduiqishoumingjuyouhendadeyingxiang。jishinayang，zaidaiyoujiechuqihuojidianqidexitongzhongrengxuyaoshangyoubaoxiansi，yinweijiechushikenenghuihanjiezaigaokongduanludianliushihanjie。gutaidianchiduankailianjiekaiguanbuhuizaoshouzhezhongjiangjie，congershixianlegenggaodekekaoxingxitong。jinguanruci

，lejiexitongdejishenghefuzaidianganhedianrongduiyuguanlizhongduangaodianliushicunzaidediangannengliangyezhiguanzhongyao。

圖2。Microchip 的MSIC模塊中的通用源配置。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　

diangannengliangyuzhongduanshixitongzhongdianliudedianganhepingfangchengzhengbi。kaiguanshuchuduanzichudeduanluhuidaozhidianliukuaisuzengjia，yidianchidianyayuyuandiangandebilvdesulvshangsheng。liru，juyou5微源源電感的800 V總線電壓導致電流以每微秒160 a的速率增加。一個5微秒的響應時間來檢測和響應將導致電路中的額外電流為800 a。由於不建議在雪崩模式下操作SICgonglvmokuai，yincixuyaoshiyongzhezhongdiangannenglianglaibaohumokuai。danshi，zaishidangshejiyimanzurubianheqingchuyaoqiushi，yinrulejishengchong
，jinyibuxianzhileqiyouxiaoxing。yinci，kaiguanyingzugouhuanmandiguanbi，yixianzhidianyachaozhong
，bingcongmokuaideneibudianganshanghedianliuturanxiajiang。juyoudidiangandemokuaiyouzhuyujinyibudijianshaozhezhongdianyayingli。
　　

在矽電源設備中
，高電流的快速中斷引入了觸發寄生蟲或晶閘管的風險，這導致無法控製的閂鎖和終失敗。在SIC設備上，一個非常快速的關閉可能會導致每個芯片中的雪崩崩潰，直到Snubber或夾具吸收高能量為止。 Microchip的MSIC MOSFET經過設計和測試，以進行無貼壓的電感開關（UIS）堅固性
，隨著Snubber或夾具開始降級，提供了額外的安全保證金。圖3顯示了與市場上其他SIC設備相比，單發和重複的UIS性能。

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