新的经济高效的碳化硅高压开关创建

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亚历克斯黄 aqhuang@ncsu.edu 919.513.7387

Mick Kulikowski. mick_kulikowski@ncsu.edu 919.515.8387

北卡罗莱纳州立大学的研究人员发明了一种高压高频碳化硅(SiC)电源开关，其成本远远低于类似等级的碳化硅电源开关。这些发现可能有助于电力工业的早期应用，特别是在中压驱动、固态变压器、高压传输和断路器等电力转换器方面。

宽带隙半导体，如SiC，在中高压电源设备中显示出巨大的应用潜力，因为它们能够在更高的电压下更有效地工作。但目前，由于成本高，它们难以被广泛采用，而被普遍采用的主要工作设备和行业标准——硅制的绝缘栅双极晶体管(IGBT)——通常工作良好，但在开关时，会造成巨大的能量损失。

然而，北卡罗来纳州立大学的研究人员Alex Huang和Xiaoqing Song表示，新的SiC电源开关的成本大约是传统高压SiC解决方案估计成本的一半FREEDM系统中心该中心是美国国家科学基金会资助的工程研究中心。大功率开关在降低成本的同时，保持了SiC器件的高效率和高开关速度的特点。换句话说，当它被打开或关闭时，它不会损失太多的能量。

电源开关,叫做FREEDM Super-Cascode,结合12小碳化硅系列达到额定功率的电力设备15千伏(kV)和40安培(a)。它只需要一个门信号来打开和关闭它,让它比IGBT系列可以简单的实现和更少的复杂的解决方案。由于其对散热的熟练，电源开关也能够在广泛的温度和频率范围内工作，散热是电源设备的一个关键因素。

进步能源特约教授、FREEDM系统中心创始主任黄说:“今天，市场上没有高于1.7 kV电压的高压SiC器件。”“FREEDM Super-Cascode解决方案为在2.4 kV至15 kV击穿电压范围内大量开发电源开关铺平了道路。”

2016年9月18日至22日，在美国密尔沃基举行的IEEE能源转换大会暨博览会(ECCE 2016)上，由黄教授指导的FREEDM系统中心博士研究生宋晓青展示了FREEDM超级级编码开关。

- kulikowski

编辑报告以下是演讲摘要。

" 15kV/40A FREEDM Super-Cascode:一种性价比高的SiC高压高频电源开关"

作者:宋晓青，黄亚力，张丽琪，刘鹏坤，北卡罗来纳州立大学;倪锡军，南京工程学院

提出了：2016年9月18日至22日，在密尔沃基的IEEE能量转换大会和博览会上

摘要：高压宽带隙（WBG）如15kV SIC MOSFET这样的半导体器件由于其在高压和高频电源转换器中的潜在应用而引起了巨大的关注。然而，这些装置目前不商业上可获得，并且由于昂贵的材料生长和制造，它们的高成本可能会限制他们未来广泛的采用。在本文中，首次报告了15kV / 40A三个端子电源开关，即FREEDM超级级联电源开关，这是基于1.2kV SIC电源装置的串联连接。分析了FREEDM超级分类码的设计和操作原理，并分析了包括静态阻挡能力，在宽范围温度的传导特性以及动态切换性能的性能。另外，测量FREEDM超级分类码的热阻，并投射功率耗散能力。FREEDM超级CASCODE仅花费三分之一的估计的高压SIC MOSFET，并且将促进SiC在非常高电压和高频电源转换器中的早期应用。