IGBT:er är en av de mest sofistikerade lösningarna, med breda energibandgap och möjlighet att växla vid höga hastigheter samtidigt som effektförlusterna minskar och utrymmet sparas.
IGBT SiC:s effektivitet ökar kontinuerligt och dess kopplingsförluster har blivit mycket lägre. Den kan användas i många olika applikationer, t.ex. traktionsomriktare och laddningsstationer för elbilar.
Kostnad
Bland alla teknologier som används för effektomvandling framstår IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) som särskilt mogen. Jämfört med kiselkarbid (SiC) erbjuder denna lösning flera fördelar som ökad tillförlitlighet och lägre kopplingsförluster, men den har fortfarande vissa nackdelar när det gäller kostnadseffektivitet och kopplingsdynamik. För att komma till rätta med dessa problem användes experimentella system med enfasiga Si-IGBT-enheter och trefasiga SiC-IGBT-enheter - användningen av SiC-enheter ledde till en effektivitetsökning på cirka 4% samtidigt som switchförlusterna var nästan noll, vilket innebär energibesparingar i båda faserna jämfört med motsvarigheten.
Effektivitet
Effektiviteten hos transistorer med brett bandgap (WBG) ökar snabbt och kan snart gå om konstruktioner baserade på kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN). Transistorer med brett bandgap har snabbt blivit en stapelvara inom kraftelektronik tack vare sina snabba kopplingstider och enastående prestanda vid högre temperaturer och spänningar; dessutom har de lägre gate-strömmar och lägre parasitisk induktans än Si-IGBT.
För att bedöma SiC-IGBT:ernas effektivitet jämförde vi deras effektivitet med Si-IGBT:ernas när de användes i trefasiga inverterbaserade system med RL-belastningar. För att göra det mätte och jämförde vi kopplingstider och strömvågformer från båda typerna av switchar; för att göra detta använde vi vårt MICsig handhållna multifunktionella oscilloskop och Hantek klämmätare för att mäta spänning och ström i enheterna.
Jämför två värden på den externa grindens till- och frånkopplingsresistans (Rg,on och Rg,off) för att uppnå maximal kopplingshastighet. Experiment som utfördes under dessa omständigheter visade att Si-IGBT-omvandlaren vid 30 kHz hade högre verkningsgrad jämfört med 3 kHz-versionen; kostnads- och volymskillnaden var mindre än väntat eftersom induktorvolymerna på nät- och växelriktarsidan var jämförbara medan kondensatorvolymen var försumbar.
Prestanda
SiC-IGBT:s prestanda utvärderades med hjälp av tre experimentella system: två trefasomvandlare och ett SPT-system (Single Pulse Test System). SPT används för att jämföra hårda omkopplingsbeteenden mellan switchar; den består av en kraftmodul och en RL-belastning för exakta mätningar av omkopplingstransienter och effektivitet; effektförluster jämfördes sedan under identiska förhållanden med hjälp av ett bärbart multifunktionellt oscilloskop MICsig och en klämmultimeter UT201; ledningsförluster, omkopplingsförluster, förluster i grinddrivdon och diodförluster beaktades; förluster i grinddrivdon och diod bortsågs från.
SiC-IGBTs har ett bredare energibandsgap än traditionella IGBTs, vilket gör att de kan arbeta vid högre frekvenser än sina motsvarigheter och klara höga temperaturer bättre än andra. Som ett resultat av detta är deras totala effektförluster lägre, vilket sparar utrymme i kretskonstruktioner samtidigt som stray-induktansen minskar, vilket ökar strömkapaciteten hos en IGBT.
Vid Switching Performance Test Center (SPT) undersöktes IGBT:s kopplingstransienter under olika belastningsförhållanden. Resultaten visade att IGBT-enheterna i SPT var mer energieffektiva än motsvarande enheter i konventionella AGPU-system; dessutom var avstängningsförlusterna betydligt lägre jämfört med IGBT-enheter som används i AGPU-system.
Tillämpningar
Igbt-tekniken (insulated-gate bipolar transistor) har visat sig vara en av de mer mogna teknikerna för krafthalvledare och erbjuder tillförlitliga prestanda till rimliga kostnader och utmärkta möjligheter till spännings- och strömhantering. Men dess begränsningar inom vissa områden, inklusive begränsad kopplingshastighet och långvariga driftstemperaturer, hindrar dess utbredda användning. För att övervinna dessa hinder arbetar forskare med nya innovationer som ökar kopplingshastigheten samtidigt som de tillåter högre driftstemperaturer för IGBT:er.
För att uppfylla dessa mål utvecklades en ny teknik som kan producera mer än 300 V med en hög switchfrekvens. De använda SiC-IGBT:erna klarar högre spänningar än traditionella IGBT:er samtidigt som effektförlusterna minskar, vilket ger bättre prestanda och lägre kostnader.
SiC-IGBT testades mot traditionella IGBT i både enpulstester och trefasiga inverterarsystem, och experimentresultaten visade att SiC-IGBT hade högre verkningsgrad än IGBT i båda miljöerna. De hade också kortare kopplingstider på grund av minskat gatemotstånd vid påslagning och minskad stray induktans; dessa minskningar möjliggjorde snabbare koppling och ökad energieffektivitet, vilket resulterade i 86% effektivitet för enpulstestapplikationer respektive 92% för trefasomriktare med sex växlar.
Swedish 
English