電能質(zhì)量控制產(chǎn)品的性能指標不僅與控制系統(tǒng)的性能指標及控制算法密不可分，也與電力電子功率器件的性能指標密切相關(guān)。電力電子器件性能指標直接影響電能質(zhì)量控制產(chǎn)品變流器的損耗、功率密度、響應(yīng)時間、濾波次數(shù)、諧波濾除率等指標。一款開關(guān)頻率高、損耗低、耐壓高的電力電子器件，對于電能質(zhì)量控制關(guān)鍵產(chǎn)品性能的提升、可靠性的提高至關(guān)重要。而SiC 器件的性能指標完全可以滿足此要求。

近日，第九屆國際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）在廈門國際會議中心召開。期間，“功率模塊與電源應(yīng)用峰會”上，山東華天科技集團股份有限公司總工程師、山東華天電氣有限公司副董事長遲恩先做了“SiC器件在電能質(zhì)量控制產(chǎn)品中的應(yīng)用”的主題報告，分享了基于SiC器件的電能質(zhì)量控制產(chǎn)品、SiC器件的應(yīng)用心得及拓展應(yīng)用。

與硅基半導(dǎo)體相比，第三代半導(dǎo)體具有更大漂移速率、更高熱導(dǎo)率、更高擊穿場強等特點；碳化硅的擊穿場強是硅的10倍、耐高溫能力是硅的2倍、高頻能力是硅的2倍；更適應(yīng)用于高功率、高頻、高溫、高電壓等惡劣條件的功率半導(dǎo)體器件；可以縮小模塊體積大約50%、大幅降低損耗，從而提高功率密度、降低綜合成本。

報告首先分享了SiC器件在電能質(zhì)量控制產(chǎn)品輔助電源上的應(yīng)用。采用Sic器件，可以有效簡化電路拓撲，減少器件數(shù)量。如功率電路采用單管反激代替雙管反激電路拓撲，驅(qū)動電路無需再區(qū)分高邊和低邊電路，大幅減少器件數(shù)量，簡化電路拓撲；由于SiC 器件具有更高的電壓等級，因此可有效提升系統(tǒng)安全裕度；由于SiC器件的高速度、低損耗等特性，可使輔助電源效率更高、發(fā)熱量更少、體積更小、系統(tǒng)成本更低。

接下來，分享了基于SiC器件的有源電力濾波器、動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）和電能質(zhì)量優(yōu)化與儲能一體化裝置三款產(chǎn)品。有源電力濾波器是電能質(zhì)量控制的關(guān)鍵產(chǎn)品，集諧波治理、無功補償、三相不平衡校正于一體。采用SiC器件后，其諧波濾除率、諧波濾除次數(shù)、整機損耗、輸出紋波、功率密度等各項指標顯著提高，相比IGBT版本的產(chǎn)品，體積減少34.8%，率密度提高50%，下圖是基于IGBT和基于SiC器件的有源電力濾波器關(guān)鍵指標對比；動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）是電壓閃變治理的關(guān)鍵產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用全控型電力電子器件，當系統(tǒng)電壓發(fā)生暫降或者暫升時，DVR快速把超級電容存儲的電能逆變成交流電給設(shè)備供電，保證設(shè)備的連續(xù)運行，不造成生產(chǎn)中斷，保障設(shè)備安全運行。基于SiC器件與基于IGBT的DVR相比，具有更高的響應(yīng)速度、更低的損耗，其最快響應(yīng)時間可達1mS，可顯著降低電壓閃變對負載的影響。

第三款產(chǎn)品為電能質(zhì)量優(yōu)化與儲能一體化裝置，該產(chǎn)品將電能質(zhì)量優(yōu)化與儲能相結(jié)合， 既能阻擋外網(wǎng)污染，又能防止負載污染電網(wǎng)，并兼顧儲能，提高新能源發(fā)電消納能力，該產(chǎn)品采用諧振抑制專利技術(shù)，可有效抑制光伏逆變器大量接入導(dǎo)致的諧振現(xiàn)象。采用SiC器件后，除可顯著提高產(chǎn)品的響應(yīng)速度、降低損耗、提高功率密度等優(yōu)點外，由于充分發(fā)揮了SiC器件的高速特性，進一步提高了產(chǎn)品的諧振抑制能力，為高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行保駕護航。

SiC器件具有高開關(guān)頻率、高耐壓、耐高溫、低損耗等諸多優(yōu)勢，但在SiC器件應(yīng)用方面，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)：如何避免米勒電容引起的寄生導(dǎo)通效應(yīng)；如何進一步提高開關(guān)頻率，降低開關(guān)與導(dǎo)通損耗；如何準確的測量柵源電壓驅(qū)動波形；如何可靠的保護等等。

報告對這些問題進行了剖析，并提出來相應(yīng)的解決方案，報告特別強調(diào)，SiC器件的應(yīng)用，驅(qū)動設(shè)計十分重要，尤其應(yīng)注意合理布線。報告最后對SiC的應(yīng)用進行了展望，除以上三款產(chǎn)品外，公司也在試驗電源、新能源汽車逆變器進行了SiC器件應(yīng)用的探索。報告指出，預(yù)計在未來幾年，隨著技術(shù)的進步和成本的降低，SIC的市場份額和應(yīng)用范圍都將大幅度擴展。

審核編輯：劉清