新型宽带SiC功率器件在电力电子中的应用

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1、第46卷第4期2014年8月京航Nanjing空航University天大学ofAeronautics报stronautics新型宽带SiC功率器件在电力电子中的应用摘要：新型宽带Si件的发展现状，其的应用情况，指出王莉朱萍(南京航空航天大学自动化学院，南京，210016)V01．46No．4Aug．2014c功率器件由于其突出的性能优势在电力电子领域得到了广泛应用。首先介绍了SiC功率器次阐述了其性能特点，最后给出了SiC功率器件目前在新能源、民用输配电、航空航天等场合了SiC器件在电力电子领域的应用前景。关键词：电

2、力电子与电力传动；SiC功率器件；宽带半导体器件中图分类号：TN325．3文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)04—0524—09OverviewofApplicationofSiCPowerDevicesinPowerElectronicsWangLi．Zh“Ping(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Thankstoouts

3、tandingperformanceadvantages，thenewbroadbandsemiconductorpowerde～viceshavebeenwidelyused．ThispaperpresentsthedevelopmentstatusofSiCpowerdevicesanditsmaincharacteristics．TheapplicationsofSiCpowerdevicesinthenewenergy，thecivilpowertransmis～sionanddistribution，andt

4、heaerospacearegeneralized．Besides，theapplicationprospectforSiCpowerdevicesisalsopointedoutinthefieldofpowerelectronics．Keywords：powerelectronicsandpowerdrives；SiCdevices；broadbandsemiconductorpowerdevices目前随着电力电子技术的迅猛发展、能源问题的日益突出以及人们对降低环境负荷要求的不断提高，常规的功率器件已经无法满足上

5、述要求。以SiC和GaN为典型代表的新型宽带功率半导体器件因其突出的性能优势而逐渐为人们重视，已然成为众多研究机构和公司的研究热点。其中，SiC技术由于具有较高的成熟度及可靠性而逐渐被认可和接受，其制成的功率管也在众多场合得到应用，如光伏逆变器、风力发电、混合动力／全电汽车等。除了以上新能源应用领域，目前SiC功率器件在民用输配电和航空航天中也有重要的应用研究。而GaN功率管近几年也同样成为了研究热点。本文首先通过新型宽带半导体材料与Si等常规材料特性的对比，说明了宽带半导体材料的突出基金项目：国家自然科学基金(512

6、77093)资助项目。收稿日期：2014—02—10；修订日期：2014—03—15优势，其次介绍了SiC功率器件的发展现状，综述了其目前在新能源领域、民用输配电领域和航空航天领域的研究及应用情况，并指出了SiC功率器件在电力电子应用中的发展前景。1SiC功率管的发展现状和发展趋势1．1新型宽带半导体材料的物理特性纵观半导体材料的发展史，通常将Si和Ge称为第一代半导体材料；而发展于20世纪60年代的GaAs，AlAs及其他合金等为第二代半导体材料[1]。但随着电子技术的迅猛发展，常规半导体材料(如Si，GaAs等)制

7、成的功率半导体器件的特性受到材料自身的限制，如高压(>600V)下SiMOSFETs的导通电阻受到Si材料绝缘击穿场作者简介：王莉，女，1969年4月生，教授，博士生导师；研究领域：电力电子与电力传动、新型功率电子器件及应用、航空航天电源系统；在国内外科技刊物发表论文40余篇，获省部级二等奖三项，三等奖两项，已授权国家发明专利8项。通信作者：王莉，E-mail：liwang@nuaa．edu．cn。学A＆rto南dnrUOTJ第4期王莉，等：新型宽带SiC功率器件在电力电子中的应用525强的制约而达到极限，已经无法适应

8、功率电子器件在高温、高频、大功率、强辐射等极端环境下的工把目光投向了SiC，GaN等第三代宽带隙高温半导体材料。表1和图1是Si，GaAs，SiC，GaN及金刚作。因而继第一代和第二代半导体材料以后，人们石材料物理特性参数的比较说明Ⅲ。表1常用半导体材料物理特性参数对比Tab．1Parametercomparisonofcommo