SiC电力电子器件在牵引领域应用展望

摘要

宽禁带半导体SiC是最有发展前途的电力电子材料,满足牵引变流器轻量化、小型化、高效化的发展趋势.本文阐述了SiC电力电子器件在牵引领域的应用现状,介绍了SiCSBD、SiCMOSFET、SiCJFET及SiCIGBT的优势及特点,论证了SiC电力电子器件在牵引领域应用面对的挑战.相比于目前广泛应用的Si电力电子器件，SiC器件可工作于更高的开关频率，实现电容及电感等储能和滤波部件小型化;芯片功率密度更大，缩小器件及功率模块尺寸;损耗小，工作结温高，减小冷却装置体积。这些优良特性共同推动牵引变流器向小型化、轻量化、高效率的方向发展。当前制约SiC电力电子器件在牵引领域应用的主要因素包括:衬底及外延成本高，芯片价格高;材料缺陷多，芯片成品率及单只芯片电流受到限制;封装技术存在瓶颈，SiC材料性能无法得到完全展现。不过可以看见的是，随着SiC材料技术的不断发展及各大厂商对SiC器件的重视，SiC电力电子器件未来几年在成品率、可靠性、价格及封装技术方面可获得较大改善，将广泛应用于牵引领域，逐步展现出其性能和降低变流系统成本方面的优势，对牵引变流器的发展和变革产生持续的推动作用。