使用碳化硅提高工業(yè)應(yīng)用的能源效率

工業(yè)應(yīng)用程序，如服務(wù)器電源、不間斷電源(UPS)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，消耗了世界上的很大一部分電力。因此，工業(yè)電力供應(yīng)效率的任何提高都將大大降低公司的運(yùn)營(yíng)成本。結(jié)合更大的功率密度和更好的熱性能，對(duì)高效電源的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

有幾個(gè)因素推動(dòng)了這種增長(zhǎng)。第一個(gè)是全球?qū)δ茉匆庾R(shí)的提高，以及更明智和更有效地使用能源。第二個(gè)是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，它導(dǎo)致各種新技術(shù)和服務(wù)引入工業(yè)應(yīng)用。

隨著工業(yè)4.0等智能工業(yè)舉措的實(shí)施，機(jī)器、工廠和工作場(chǎng)所通過(guò)設(shè)備的連接變得更加智能和意識(shí)更強(qiáng)，以實(shí)現(xiàn)更大的自主性、效率、可靠性和安全性。

然而，工業(yè)自動(dòng)化，如機(jī)器人和機(jī)動(dòng)生產(chǎn)線，隨著這些系統(tǒng)的電力使用和成本不斷上升。為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，制造商需要能夠開(kāi)發(fā)新的操作實(shí)踐來(lái)降低工廠成本。他們還需要充分利用每平方米的建筑空間，因?yàn)樵O(shè)備占用面積直接影響運(yùn)營(yíng)成本。

能源消耗的影響也延伸到數(shù)據(jù)中心，其中包含了支持工業(yè)應(yīng)用程序的服務(wù)器。通過(guò)自動(dòng)化、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)增加數(shù)據(jù)流量，反過(guò)來(lái)又增加了保持設(shè)備運(yùn)行所需的處理資源。熱性能也很重要，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心消耗的高達(dá)20%的電力用于保持?jǐn)?shù)據(jù)中心的涼爽。

對(duì)提高效率、降低成本的需求

由于工業(yè)設(shè)備經(jīng)常全天候運(yùn)行，效率上的任何提高都會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為在顯著降低能源消耗方面的實(shí)際節(jié)約。解決能源問(wèn)題最直接的方法是提高為這些工業(yè)系統(tǒng)提供動(dòng)力的系統(tǒng)的能源效率。正如克里·|·沃爾夫斯比的創(chuàng)始人之一約翰·帕爾默所說(shuō)，“最便宜的電力就是你不使用的電力?！?/p>

因此，來(lái)自工業(yè)、政府和制造商面臨巨大壓力，要求開(kāi)發(fā)更有效的電力供應(yīng)。例如，能源之星和80Plus等標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)了電力供應(yīng)單元(PSU)的高效能源使用。通過(guò)滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，PSUoem可以很容易地向一個(gè)苛刻的市場(chǎng)演示其系統(tǒng)的效率。

功率密度、熱性能和轉(zhuǎn)換效率是電源設(shè)計(jì)者面臨的最大挑戰(zhàn)之一。此外，設(shè)計(jì)師需要在最小化整體系統(tǒng)成本的同時(shí)滿足這些挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)方法將繼續(xù)在這些領(lǐng)域提供一些改進(jìn)，但隨著開(kāi)發(fā)商多年來(lái)一直專(zhuān)注于從這些系統(tǒng)中榨取更多收益，收益將會(huì)有限。為了實(shí)現(xiàn)顯著的改進(jìn)，需要采用新的方法。

碳化硅提供

碳化硅(碳化硅)是一種寬帶隙半導(dǎo)體基材。它可以用作一個(gè)裸模具

襯底，在離散組件，如肖特基二極管和mosfet，以及功率模塊。

歷史上，硅(Si)一直被用作大多數(shù)電子產(chǎn)品的半導(dǎo)體基礎(chǔ)

申請(qǐng)然而，與碳化硅相比，Si是供電系統(tǒng)的一個(gè)低效的基礎(chǔ)。與Si相比，碳化硅有許多優(yōu)勢(shì)。

其中包括：

1.與硅基組件相比，硅基組件具有更低的泄漏電流。這是因?yàn)殡娮?空穴對(duì)在碳化硅中比在Si中產(chǎn)生的速度慢，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)導(dǎo)致更低的泄漏電流損失。

2.SiC具有3電子伏(eV)的寬帶隙，能夠承受超過(guò)Si8倍的電壓梯度而不經(jīng)歷雪崩擊穿。碳化硅增加的臨界擊穿強(qiáng)度使組件能夠在與Si相同的封裝中承受更高的電壓。正因?yàn)槿绱?，基于sic的組件，如MOSFETs，可以在比Si高出大約10倍的阻塞電壓下創(chuàng)建。因此，非常高的電壓、高功率器件可以可靠地制造，設(shè)計(jì)師可以在更小的范圍內(nèi)提供更高的表演這些設(shè)備可以非常緊密地放置在一起，允許更大的包裝組件密度。

3.較高的導(dǎo)熱率導(dǎo)致更有效的傳熱。此外，較低的狀態(tài)電阻會(huì)降低導(dǎo)電損耗。

基于sic的組件能夠?qū)崿F(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率。

碳化硅更高的開(kāi)關(guān)頻率使的峰值效率達(dá)到>98.5%，使系統(tǒng)能夠滿足80+鈦標(biāo)準(zhǔn)。

受益于碳化硅的工業(yè)應(yīng)用程序

通過(guò)這些特性，基于sic的組件使電力供應(yīng)商設(shè)計(jì)師能夠達(dá)到新的效率水平。碳化硅的影響可以在許多工業(yè)應(yīng)用中看到：

功率因數(shù)校正(PFC)：PFC是一種可以通過(guò)增加電源的功率因數(shù)來(lái)大幅減少功率浪費(fèi)的技術(shù)。沒(méi)有PFC，電源以短的，高幅度的脈沖吸引電流。使用PFC，這些脈沖可以被平滑處理，以減少輸入的均方根(RMS)

電流和表觀輸入功率。這有效地塑造了輸入電流，以最大限度地實(shí)現(xiàn)從電源中實(shí)現(xiàn)的功率。

碳化硅啟用的更高的頻率允許使用更小、更便宜的周?chē)M件.

碳化硅提供的更高的頻率允許使用更小、更便宜的周?chē)M件。可以看出，使用碳化硅MOSFETs的混合方法需要更少的組件，更具成本效益，并實(shí)現(xiàn)了更高的功率密度。

可以看出，使用碳化硅MOSFETs的混合方法需要更少的組件，更具成本效益，并實(shí)現(xiàn)了更高的功率密度。這就導(dǎo)致了系統(tǒng)尺寸、重量和成本的減少。此外，除了降低整體能源消耗，更高的效率提高了熱性能，導(dǎo)致電源的尺寸和重量的額外減少.