SiC-IGBTs k\u00f6nnen in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden, von Wechselstrommotorantrieben und Dreiphasen-Wechselrichtern bis hin zu Wechselstrommotorantrieben und Dreiphasen-Wechselrichtern. Zu ihren Vorteilen z\u00e4hlen ein hoher Wirkungsgrad und minimale Schaltverluste, w\u00e4hrend sie gleichzeitig dazu beitragen, die Baugr\u00f6\u00dfe der Komponenten zu reduzieren.<\/p>\n
Um ihre Betriebsleistung zu bewerten, haben wir ein Versuchssystem entwickelt. Die Ergebnisse zeigten, dass diese neuen Schalter die Effizienz herk\u00f6mmlicher AGPU-Systeme steigern k\u00f6nnen.<\/p>\n
Die Kosten sind bei Anwendungen mit Leistungswandlern oft ein entscheidender Faktor. Bauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) bieten gegen\u00fcber ihren Si-IGBT-Pendants erhebliche Kostenvorteile. Aufgrund ihrer geringeren Herstellungskosten und der h\u00f6heren Schaltfrequenzen, die eine bessere Leistung und Leistungsdichte als bei herk\u00f6mmlichen Si-IGBTs erm\u00f6glichen, sind sie daher eine attraktive Option f\u00fcr hocheffiziente und schnelle Motorantriebe.<\/p>\n
Die Auswahl einer effizienten Gate-Treiber-Schaltung ist entscheidend f\u00fcr die Senkung der Kosten des Wandlers. Eine gute Gate-Treiber-Schaltung sollte eine geringe Induktivit\u00e4t aufweisen, um Spannungs\u00fcberschwinger und Schwingungen aufgrund von Streuinduktivit\u00e4t zu reduzieren; au\u00dferdem muss sie hohen Strombelastungen standhalten und gleichzeitig eine ausreichende galvanische Trennung zwischen sich selbst und der Last gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n
Entwickler, die Kosten senken m\u00f6chten, m\u00fcssen ein optimales Gate-Treiber-Design und eine optimale Schaltfrequenz w\u00e4hlen. Eine optimale Frequenz sollte so niedrig wie m\u00f6glich sein, ohne dass dabei sperrige Filterkomponenten erforderlich werden. Dies geht aus Untersuchungen zu SiC-IGBT- und Si-IGBT-Umrichtern bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten und Schaltfrequenzen von 30 kHz und 3 kHz hervor; Bei h\u00f6heren Windgeschwindigkeiten war der Wirkungsgrad bei SiC-IGBTs h\u00f6her \u2013 dies wurde jedoch durch h\u00f6here Kosten und gr\u00f6\u00dfere Bauvolumina im Zusammenhang mit SiC-IGBT-Umrichtern ausgeglichen.<\/p>\n
SiC-IGBT-Bauelemente zeichnen sich im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Bauelementen auf Siliziumbasis durch einen h\u00f6heren Wirkungsgrad und eine h\u00f6here Leistungsdichte sowie geringere Bauelementverluste und Betriebstemperaturen aus, wodurch sie sich f\u00fcr Hochleistungsanwendungen wie Motorantriebe eignen. Um ihre Leistung zu maximieren, m\u00fcssen diese Bauelemente mit h\u00f6heren Schaltfrequenzen betrieben werden; daher ist es das Ziel dieses Artikels, die Leistung von SiC-IGBTs in einem AGPU-System zu untersuchen.<\/p>\n
Die experimentellen Arbeiten umfassten die Verwendung eines 62-mm-Si-IGBT-Moduls mit 400 A und 1,2 kV, bestehend aus Zwischenkreiskondensatoren, einer Wechselrichterseiten-Induktivit\u00e4t, einem zwangsluftgek\u00fchlten K\u00fchlk\u00f6rper, Gate-Treiber mit Schutzlogik und Sensoren sowie Spannungs- und Strommessungen unter Verwendung von Handoszilloskopen (MICsig 200-MHz-Hand-Multifunktionsoszilloskop und Hantek UT201-Stromzange) f\u00fcr die Messung der Gate-Emitter-Spannung bzw. des \u00dcberschwingstroms; Die Ergebnisse zeigten, dass SiC-IGBTs k\u00fcrzere Schaltzeiten aufwiesen als ihre herk\u00f6mmlichen Pendants (Abbildung 4).<\/p>\n
SiC-IGBT-Wechselrichter zeigten bei 2-A-Lasten geringe Schaltverluste. Die Analyse des transienten Verhaltens der Kollektor-Emitter-Spannung best\u00e4tigte dies ebenfalls: Der Gate-Widerstand beim Einschalten nahm mit steigendem Laststrom ab; der Gate-Widerstand beim Ausschalten stieg jedoch ebenfalls mit dem Laststrom an, was zu einem starken \u00dcberschwingstrom und einem Schwingen der Spannungskurve f\u00fchrte. Die Volumina passiver Bauteile wie Induktivit\u00e4ten auf beiden Gitterseiten (die Volumina der gitterseitigen Induktivit\u00e4ten wurden berechnet), Kondensatoren und Filter wurden alle bewertet und verglichen; diese Ergebnisse zeigten, dass der SiC-IGBT-Wechselrichter ein geringeres Gesamtvolumen aufwies als der herk\u00f6mmliche Si-IGBT-Wechselrichter.<\/p>\n
SiC-IGBTs in AGPU-Systemen k\u00f6nnen ihren Wirkungsgrad erheblich steigern, indem herk\u00f6mmliche Si-Transistoren durch SiC-Transistoren ersetzt werden. Dies l\u00e4sst sich durch eine Verringerung der Gesamtverluste des Systems und eine Erh\u00f6hung der Schaltgeschwindigkeiten erreichen, beispielsweise durch eine Verringerung der Resonanzfrequenz, eine Verl\u00e4ngerung der Ausschaltverz\u00f6gerungszeit oder den Einsatz von Gate-Treibern mit reduzierter Streuinduktivit\u00e4t.<\/p>\n
In dieser Arbeit wird die Leistungsf\u00e4higkeit von SiC-IGBT-Modulen untersucht, die in AGPU-basierten Stromumwandlungssystemen zum Einsatz kommen. Es wurden drei Versuchssysteme entworfen und aufgebaut: ein herk\u00f6mmliches AGPU-System, ein Single-Pulse-Test-System (SPT) und ein Dreiphasen-Wechselrichter. Die Ergebnisse werden anschlie\u00dfend verglichen und analysiert, um die Unterschiede in der Betriebsleistung zwischen Si-IGBTs und SiC-IGBT-Modulen zu ermitteln.<\/p>\n
Es wurde ein umfassender Vergleich des Schaltverhaltens von 1200-V-Si-IGBT- und SiC-IGBT-Modulen durchgef\u00fchrt, wobei die Ergebnisse zeigten, dass SiC-IGBTs niedrigere Resonanzfrequenzen, einen geringeren \u00dcberschwingstrom und geringere Schaltverluste aufweisen als Si-IGBTs. Auch die Einschalteigenschaften beider Arten von Leistungsbauelementen wurden verglichen, wobei sich zeigte, dass SiC-IGBTs eine k\u00fcrzere Einschaltverz\u00f6gerungszeit und niedrigere Resonanzfrequenzen aufweisen als Si-IGBTs.<\/p>\n
Bei SiC-IGBTs ist ein niedriger Gate-Einschaltwiderstand ein entscheidender Faktor f\u00fcr den erfolgreichen Betrieb, da das schnelle Aufladen der Gate-Emitter-Spannung kurze Ladezeiten erfordert. Externe Gate-Widerst\u00e4nde zum Ein- und Ausschalten m\u00fcssen niedrige Induktivit\u00e4tswerte aufweisen, um durch Streuinduktivit\u00e4ten verursachte Schwingungen zu reduzieren und m\u00f6gliche Schwingungseffekte zu verhindern.<\/p>\n
Die h\u00f6heren Schaltfrequenzen von SiC-MOSFETs tragen dazu bei, Dioden- und Gate-Treiberverluste zu reduzieren und damit den Gesamtwirkungsgrad des Wandlers zu steigern. Dar\u00fcber hinaus sind diese MOSFETs m\u00f6glicherweise weniger anf\u00e4llig f\u00fcr durch hochenergetische Teilchen verursachte Ausf\u00e4lle, die auf drei Hauptfaktoren zur\u00fcckzuf\u00fchren sind \u2013 Materialtyp des Bauelements, Oberfl\u00e4che des Bauelements und Spannungsbelastung \u2013, wobei gr\u00f6\u00dfere Bandl\u00fccken und kleinere Bauelementabmessungen sie widerstandsf\u00e4higer machen.<\/p>\n
SiC-MOSFETs wurden im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Silizium-IGBTs (Si-IGBTs) hinsichtlich ihrer Leistungsf\u00e4higkeit als Umrichterkomponenten untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass SiC-Bauelemente die Leistungsverluste bei einem typischen dreiphasigen SPWM-2-Level-Wechselrichter um fast das Zehnfache reduzierten; die Erh\u00f6hung der Schaltfrequenz trug zudem dazu bei, das Gewicht der Induktivit\u00e4ten um 68% deutlich zu senken, was zu erheblichen Einsparungen beim Gesamtgewicht des Umrichters f\u00fchrte.<\/p>\n
Diese Studie vergleicht die Komponenten eines netzgekoppelten 190-kVA-2L-VSC, der aus SiC-MOSFETs und Si-IGBTs besteht und f\u00fcr den Einsatz in einem 690-V-Netz ausgelegt ist, einschlie\u00dflich DC-Link- und netzseitige LCL-Filterausf\u00fchrungen, bei denen SiC-MOSFETs als Teil eines LCL-Filterdesigns f\u00fcr ein 690-V-Netz verwendet werden. Der Vergleich basiert auf der experimentellen Charakterisierung des Schaltverhaltens sowie auf Datenblattwerten, die das Verhalten im eingeschalteten Zustand zeigen; SiC-MOSFETs zeichnen sich durch reduzierte Schaltverluste sowie eine geringere Strombegrenzung bei hohen Temperaturen aus, was sie ideal f\u00fcr industrielle Anwendungen macht, bei denen eine stabile Leistungsabgabe entscheidend ist.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
SiC-IGBTs can be utilized in numerous applications, from AC motor drives and three-phase inverters to AC motor drives and three-phase inverters. Their advantages include high efficiency and minimal switching loss while simultaneously helping reduce component size. In order to evaluate their operating performance, we designed an experimental system. As a result, results revealed that these… Weiterlesen »Die Leistungsf\u00e4higkeit von SiC-IGBTs in einem AGPU-System<\/span><\/a><\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"neve_meta_sidebar":"","neve_meta_container":"","neve_meta_enable_content_width":"","neve_meta_content_width":0,"neve_meta_title_alignment":"","neve_meta_author_avatar":"","neve_post_elements_order":"","neve_meta_disable_header":"","neve_meta_disable_footer":"","neve_meta_disable_title":"","footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-591","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/591","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=591"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/591\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":592,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/591\/revisions\/592"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=591"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=591"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=591"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}