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電牽引技術(shù)的不斷發(fā)展要求電力電子器件具有更高的功率密度、更高的工作溫度、更小的功率損耗、更快的開(kāi)關(guān)速度。以硅(Silicon-Si)材料為基礎(chǔ)的電力電子器件因大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等新型電力電子器件的應(yīng)用而日趨成熟。隨著器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝的完善,當(dāng)前器件的性能已經(jīng)接近Si材料的理論極限。目前,以碳化硅(SiC)為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化,在牽引領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛力。 SiC材料較大的禁帶寬度(3.26eV)使其相比于Si材料(1.12eV)具有很大的優(yōu)勢(shì):本征載流子濃度低20個(gè)數(shù)量級(jí),臨界擊穿電場(chǎng)高10倍,熱導(dǎo)率高3倍,電子飽和漂移速率高1倍等。這些特性使得SiC電力電子器件在高溫、高頻及阻斷電壓等方面突破Si材料的極限。 目前,SiC電力電子器件已經(jīng)在600V-1700V中低壓領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,Cree、Rohm、Infineon等公司可批量供應(yīng)最大電流50A的SiC SBD及MOSFET產(chǎn)品,其應(yīng)用已顯著提高系統(tǒng)工作頻率及整機(jī)效率。高壓SiC器件早在2003年已有報(bào)道,然而受晶體質(zhì)量及相關(guān)工藝限制,其產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展中。機(jī)車(chē)牽引、高壓直流輸變電等領(lǐng)域目前正小批量試用高壓SiC器件,系統(tǒng)性能提升明顯。 我國(guó)高鐵建設(shè)目前已擁有世界領(lǐng)先水平,但牽引用SiC電力電子器件及應(yīng)用尚處于初期階段。2013年開(kāi)始,中國(guó)中車(chē)永濟(jì)電機(jī)及株洲時(shí)代電氣開(kāi)始進(jìn)行SiC器件封裝及應(yīng)用研究,希望通過(guò)應(yīng)用推動(dòng)整個(gè)SiC電力電子產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,追趕國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的腳步。
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