電能質(zhì)量控制產(chǎn)品的性能指標(biāo)不僅與控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及控制算法密不可分，也與電力電子功率器件的性能指標(biāo)密切相關(guān)。電力電子器件性能指標(biāo)直接影響電能質(zhì)量控制產(chǎn)品變流器的損耗、功率密度、響應(yīng)時(shí)間、濾波次數(shù)、諧波濾除率等指標(biāo)。一款開(kāi)關(guān)頻率高、損耗低、耐壓高的電力電子器件，對(duì)于電能質(zhì)量控制關(guān)鍵產(chǎn)品性能的提升、可靠性的提高至關(guān)重要。而SiC 器件的性能指標(biāo)完全可以滿足此要求。

近日，第九屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）在廈門(mén)國(guó)際會(huì)議中心召開(kāi)。期間，“功率模塊與電源應(yīng)用峰會(huì)”上，山東華天科技集團(tuán)股份有限公司總工程師、山東華天電氣有限公司副董事長(zhǎng)遲恩先做了“SiC器件在電能質(zhì)量控制產(chǎn)品中的應(yīng)用”的主題報(bào)告，分享了基于SiC器件的電能質(zhì)量控制產(chǎn)品、SiC器件的應(yīng)用心得及拓展應(yīng)用。

與硅基半導(dǎo)體相比，第三代半導(dǎo)體具有更大漂移速率、更高熱導(dǎo)率、更高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等特點(diǎn)；碳化硅的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是硅的10倍、耐高溫能力是硅的2倍、高頻能力是硅的2倍；更適應(yīng)用于高功率、高頻、高溫、高電壓等惡劣條件的功率半導(dǎo)體器件；可以縮小模塊體積大約50%、大幅降低損耗，從而提高功率密度、降低綜合成本。

報(bào)告首先分享了SiC器件在電能質(zhì)量控制產(chǎn)品輔助電源上的應(yīng)用。采用Sic器件，可以有效簡(jiǎn)化電路拓?fù)洌瑴p少器件數(shù)量。如功率電路采用單管反激代替雙管反激電路拓?fù)洌?a target="_blank">驅(qū)動(dòng)電路無(wú)需再區(qū)分高邊和低邊電路，大幅減少器件數(shù)量，簡(jiǎn)化電路拓?fù)洌挥捎赟iC 器件具有更高的電壓等級(jí)，因此可有效提升系統(tǒng)安全裕度；由于SiC器件的高速度、低損耗等特性，可使輔助電源效率更高、發(fā)熱量更少、體積更小、系統(tǒng)成本更低。

接下來(lái)，分享了基于SiC器件的有源電力濾波器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）和電能質(zhì)量?jī)?yōu)化與儲(chǔ)能一體化裝置三款產(chǎn)品。有源電力濾波器是電能質(zhì)量控制的關(guān)鍵產(chǎn)品，集諧波治理、無(wú)功補(bǔ)償、三相不平衡校正于一體。采用SiC器件后，其諧波濾除率、諧波濾除次數(shù)、整機(jī)損耗、輸出紋波、功率密度等各項(xiàng)指標(biāo)顯著提高，相比IGBT版本的產(chǎn)品，體積減少34.8%，率密度提高50%，下圖是基于IGBT和基于SiC器件的有源電力濾波器關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）是電壓閃變治理的關(guān)鍵產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用全控型電力電子器件，當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生暫降或者暫升時(shí)，DVR快速把超級(jí)電容存儲(chǔ)的電能逆變成交流電給設(shè)備供電，保證設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，不造成生產(chǎn)中斷，保障設(shè)備安全運(yùn)行。基于SiC器件與基于IGBT的DVR相比，具有更高的響應(yīng)速度、更低的損耗，其最快響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1mS，可顯著降低電壓閃變對(duì)負(fù)載的影響。

第三款產(chǎn)品為電能質(zhì)量?jī)?yōu)化與儲(chǔ)能一體化裝置，該產(chǎn)品將電能質(zhì)量?jī)?yōu)化與儲(chǔ)能相結(jié)合， 既能阻擋外網(wǎng)污染，又能防止負(fù)載污染電網(wǎng)，并兼顧儲(chǔ)能，提高新能源發(fā)電消納能力，該產(chǎn)品采用諧振抑制專利技術(shù)，可有效抑制光伏逆變器大量接入導(dǎo)致的諧振現(xiàn)象。采用SiC器件后，除可顯著提高產(chǎn)品的響應(yīng)速度、降低損耗、提高功率密度等優(yōu)點(diǎn)外，由于充分發(fā)揮了SiC器件的高速特性，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的諧振抑制能力，為高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

SiC器件具有高開(kāi)關(guān)頻率、高耐壓、耐高溫、低損耗等諸多優(yōu)勢(shì)，但在SiC器件應(yīng)用方面，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)：如何避免米勒電容引起的寄生導(dǎo)通效應(yīng)；如何進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān)與導(dǎo)通損耗；如何準(zhǔn)確的測(cè)量柵源電壓驅(qū)動(dòng)波形；如何可靠的保護(hù)等等。

報(bào)告對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了剖析，并提出來(lái)相應(yīng)的解決方案，報(bào)告特別強(qiáng)調(diào)，SiC器件的應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)十分重要，尤其應(yīng)注意合理布線。報(bào)告最后對(duì)SiC的應(yīng)用進(jìn)行了展望，除以上三款產(chǎn)品外，公司也在試驗(yàn)電源、新能源汽車(chē)逆變器進(jìn)行了SiC器件應(yīng)用的探索。報(bào)告指出，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，SIC的市場(chǎng)份額和應(yīng)用范圍都將大幅度擴(kuò)展。

審核編輯：劉清