低电感电机有许多不同运用,包括大气隙电机、无槽电机和低透露感应电机。它们也可被用 在利用PCB定子而非绕组定子的新电机类型中。这些电机须要高开关频率(50-100kHz)来 坚持所需的纹波电流。(找元器件现货上唯样商城)然而,对付50kHz以上的调制频率利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)无 法知足这些需求,如果是380V系统,硅MOSFET耐压又不足,这就为宽禁带器件首创了新的 机会。
高速电机

由于拥有高基波频率,这些电机也须要高开关频率。它们适用于高功率密度电动汽车、高极 数电机、拥有高扭矩密度的高速电机以及兆瓦级高速电机等运用。同样,IGBT能够达到的最 高开关频率受到限定,而通过利用宽禁带开关器件可能能够打破这些限定。例如燃料电池中 的空压机。空压机最高转速超过15万rpm,空压机电机掌握器的输出频率超过2500Hz,功 率器件须要很高的开关频率(超过50kHz),因此SiC-MOSFET是这类运用的首选器件。
恶劣工况
在电机掌握逆变器中利用宽禁带器件有两个引人关注的益处。第一,它们产生的热量比硅器 件少,降落了散热需求。第二,它们能承受更高事情温度——SiC:600°C,GaN:300°C,而硅芯片能承受的最高事情温度仅为200°C。虽然SiC产品目前存在一些与封装有关的问题,导致它们所适用的事情温度不能超过200°C,但专注于办理这些问题的研究正在进行中。因 此,宽禁带器件更适宜可能面临恶劣工况的电机运用,比如稠浊动力电动汽车(HEV)中的 集成电机驱动器、海底和井下运用、空间运用等
传统的电机驱动中,每每利用IGBT作为开关器件。那么,SiC MOSFET相对付Si IGBT有 哪些上风,使得它更适宜电机驱动运用?
首先,从开关特性角度看,功率器件开关损耗分为开通损耗和关断损耗。
关断损耗
IGBT是双极性器件,导通时电子和空穴共同参与导电,但关断时由于空穴,只能通过复合逐 渐消逝,从而产生拖尾电流,拖尾电流是造成IGBT关断损耗的大的紧张缘故原由。SiC MOSFET 是单极性器件,只有电子参与导电,关断时没有拖尾电流使得SiC MOSFET关断损耗大大低于
IGBT。
开通损耗
IGBT开通瞬间电流每每会有过冲,这是反并联二极管换流时产生的反向规复电流。反向规复 电流叠加在IGBT开通电流上,增加了器件的开通损耗。IGBT的反并联二极管每每是Si PiN二 极管,反向规复电流比较明显。而SiC MOSFET的构造里天然集成了一个体二极管,无需额外 并联二极管。SiC体二极管参与换流,它的反向规复电流要远低于IGBT反并联的硅PiN二极 管,因此,纵然在同样的dv/dt条件下,SiC MOSFET的开通损耗也低于IGBT。其余,SiC MOSFET可以使得伺服驱动器与电机集成在一起,从而摒除线缆上dv/dt的限定,高dV/dt条
件下,SiC的开关损耗会进一步降落,远低于IGBT。纵然是开关过程较慢时,碳化硅的开关损 耗也优于IGBT。
此外,SiC MOSFET的开关损耗基本不受温度影响,而IGBT的开关损耗随温度上升而明显增加。因此高温下SiC MOSFET的损耗更具上风。
再考虑dv/dt的限定,相同dv/dt条件下,高温下SiC MOSFET总开关损耗会有50%~60%的降落,如果不限定dv/dt,SiC开关总损耗最高低降90%。
从导通特性角度看:
SiC MOSFET导通时没有拐点,很小的VDS电压就能让SiC MOSFET导通,因此在小电流条件下,SiC MOSFET的导通电压远小于IGBT。大电流时IGBT导通损耗更低,这是由于随着器件压降上升,双极性器件IGBT开始导通,由于电导调制效应,电子注入引发更多的空穴,电流迅速上升,输出特性的斜率更陡。对应电机工况,在轻载条件下,SiC MOSFET具有更低的导通损耗。重载或加速条件下,SiC MOSFET导通损耗的上风会有所降落。
CoolSiC™ MOSFET在各种工况下导通损耗降落,
假定以下工况,比拟三款器件:
IGBT IKW40N120H3,
SiC MOSFET IMW120R060M1H和IMW120R030M1H。
测试条件
Vdc=600V, VN,out=400V, IN,out=5A–25A, fN,sin-out=50Hz, fsw=4-16kHz, Tamb=25°C, cos(φ)N=0.9, Rth,HA=0.63K/W, dv/dt=5V/ns
M=1,Vdc=600V, fsin=50Hz, RG@dv/dt=5V/ns, fsw=8kHz,线缆长度5m, Tamb=25°C
可以看出,基于以上工况,同样的温度条件下,30mohm的器件输出电流比40A IGBT提高了10A,哪怕换成小一档的60mohm SiC MOSFET,输出电流也能提升约5A。而相同iC开关器件能为电机驱动系统带来的益处总结如下:更低损耗‒降落耗电量,让人们的生活更加环保、可持续。
性能卓越‒实现更高功率密度,通过以更小的器件达到相同性能,来实现更经济的电机设计。
构造紧凑‒实现更紧凑、更省空间的电机设计,减少材料花费,降落散热需求。
更高质量‒SiC逆变器拥有更长利用寿命,且不易出故障,使得制造商能够供应更长的保修期。
末了,英飞凌CoolSiC™能担保单管3us,Easy模块2us的短路能力,进一步担保系统的安全性与可靠性电流条件下,SiC MOSFT的温度明显降落。








