Применение SiC-транзисторов в силовой электронике

Исследованы перспективы применения карбид-кремниевых (SiC) полевых транзисторов в силовых преобразовательных устройствах. Рассмотрены физические основы и ключевые преимущества полупроводниковых приборов на основе широкозонных материалов (Wide Band Gap), такие как высокое критическое поле пробоя, повышенная теплопроводность и возможность работы при температуре 200 °C и выше. Проведен сравнительный анализ статических и динамических характеристик силовых ключей на основе транзисторов SiC-MOSFET с традиционными кремниевыми силовыми ключами IGBT и MOSFET. Подробно описаны практические аспекты применения SiC-транзисторов в импульсных источниках питания, инверторах и системах тягового электропривода. Показано, что использование SiC-технологии позволяет существенно повысить КПД преобразователей, уменьшить массогабаритные показатели систем и расширить частотный диапазон работы. Особое внимание уделено вопросам управления SiC-приборами, влиянию паразитных индуктивностей на динамические процессы и методам защиты от перенапряжений. Продемонстрировано, что переход на SiC-транзисторы является ключевым направлением развития энергоэффективной силовой электроники.

Литература

[1] Балабух Н.В. Силовые полупроводниковые приборы. Москва, Academia, 2020, 456 с.

[2] Kimoto T., Cooper J.A. Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications. Wiley, 2014.

[3] Baliga B.J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices. Springer, 2018.

[4] Харитонов С.А., Левинштейн М.Е. Широкозонные полупроводниковые структуры для силовой элек-троники. Москва, Техносфера, 2019, 320 с.

[5] Hefner A.R. et al. Silicon Carbide Power MOSFET Model and Parameter Extraction for Circuit Simulation. IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, vol. 34, no. 8, pp. 7892–7904.

[6] Lee J. et al. Comparison of 1200V SiC MOSFET and Si IGBT Based on Power Loss Analysis in Induction Heating Application. IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, vol. 35, no. 5, pp. 4880–4888.

[7] Иванов В.П., Петров К.С. Анализ потерь в силовых ключах на основе SiC и GaN. Электротехника, 2021, № 5, с. 34–41.

[8] Wang J., Chung H.S.-H. A Critical Review of Silicon Carbide Power Devices and Their Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2022, vol. 69, no. 2, pp. 1255–1277.

[9] Zhang Z. et al. Design and Performance Evaluation of a 10-kW High-Efficiency SiC-Based PV Inverter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2022, vol. 69, no. 4, pp. 3451–3461.

[10] Williams R.K. et al. The Unstoppable Force of SiC: Technology, Design, and Applications. IEEE Power Electronics Magazine, 2021, vol. 8, no. 3, pp. 28–39.