甜蜜惩罚在线观看,女厕xxxxxx偷拍ⅹxxx,搡8o老女人老妇人老熟,男男动漫全程肉无删减,狠狠做五月深爱婷婷天天综合

CAC2025 廣州先進陶瓷論壇暨展覽會

2025年5月26-28日 美麗豪酒店(廣州番禺店)

距離展會還有
-
2024年6月13-15日 廣州保利世貿博覽館2號館

首頁新聞動態技術科普
碳化硅在宇航領域也將大放異彩
日期:2023-03-16    瀏覽次數:
0

乘著新能源車銷量暴漲的東風,極具潛力和市場空間的第三代半導體材料碳化硅當下已成為半導體界的“當紅炸子雞”,采用碳化硅功率器件可助力新能源汽車提升加速度、降低系統成本、增加續航里程以及實現輕量化等。但其實碳化硅的優越性能使其在更多尖端領域有著迫切的需求。隨著航天技術的快速發展,作為航天器的重要組成部分——供配電系統和二次電源的發展面臨兩方面的挑戰,一方面是小型化和輕量化,另一方面是大功率和超大功率航天器的需求。在超大功率方面,目前硅基功率器件的功率容量和工作頻率已不能滿足設計要求,限制了宇航電源技術的發展,因此SiC功率器件的替代應用已勢在必行。

碳化硅在宇航領域也將大放異彩

SiC功率器件的優勢

電源技術從線性電源發展到開關電源,開創了電源技術的新時代,實現了電源的高頻化、高效率、小型化,在各個行業都發揮著舉足輕重的作用。開關電源的核心器件是作為功率開關管的金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET),目前電源的體積和重量主要受限于磁性器件和電容器的體積,而高頻化電源設計是有效減小磁性器件和電容器體積的唯一途徑,硅基IGBT器件一般只能工作在20 kHz以下,嚴重限制了磁性器件和電容器的小體積,因此超大功率電源的體積和重量將變得異常龐大,無法滿足航天器總體要求。同時超大功率二次電源產品都朝著高電壓趨勢發展,而硅基功率器件的電壓通常較低,也是限制宇航電源技術發展的主要因素。

SiC是目前發展最成熟的寬禁帶半導體材料,近幾年來得到越來越多的商業化應用,在光伏、風電、電動汽車及軌道交通等中高功率電力系統應用上具有巨大的優勢。例如電動汽車使用SiC模塊,其體積減小到原來的1/5。以SiC為代表的寬禁帶半導體功率器件,具有更小的導通電阻、更快的開關速度和更高的阻斷電壓等優越特性,為電源技術提供了難得的發展機遇,采用寬禁帶半導體器件,可以實現更高的變換效率,更高的功率密度,更高的可靠性。

SiC相比Si的巨大優勢

SiC相比Si的巨大優勢

SiC功率器件的關鍵技術問題

SiC 功率器件雖然具有低導通電阻,高開關頻率,耐高溫高壓等多個性能優勢,但由于宇航領域工作環境的特殊性,想要廣泛應用還需對以下幾點重點研究。

1.封裝技術

SiC 功率器件具有高開關頻率和高溫下穩定工作的特點同樣也會帶來一些弊端,例如,SiC功率器件對封裝的寄生參數極為敏感,過快的開關速度會導致電流和電壓的過沖,而開關管在工作時存在的寄生電感會加劇這種過沖,最終導致功率變換器濾波部分的復雜程度加大,以及產生過多的器件損耗、電壓應力以及電磁干擾,這些都會降低整機的可靠性。

SiC器件封裝的挑戰

SiC器件封裝的挑戰

先進的封裝技術對降低寄生參數、提高功率模塊的電氣堅固性和可靠性十分重要。有研究者采用一種在SiC模塊中嵌入離散多層陶瓷電容器作為去耦電容的解決方案,這種集成方法顯著地減小了功率器件與去耦電容器之間的距離,從而減少了功率回路寄生參數,同時可以在高開關速度下實現干凈的開關波形,降低電磁干擾,提高效率。

功率器件的封裝結構

功率器件的封裝結構

2.單粒子性能

SiC功率器件有較強的抗總劑量輻射能力,適用于衛星、空間站等太空領域,但目前還存在單粒子性能薄弱的問題。對于地球大氣層以上的空間應用,空間環境中存在各種高能粒子,宇宙輻射會導致功率半導體器件失效,現有的研究表明碳化硅器件存在嚴重的單粒子柵穿(single event gate rupture, SEGR)和單粒子燒毀(single event burnout, SEB)問題,這阻礙了SiC功率器件在宇航電源領域中的應用。目前國內已有多個團隊正在進行SiC MOSFET的技術攻關研究,旨在未來幾年內攻克SiC器件的單粒子性能薄弱問題,滿足宇航應用條件。

高能宇宙射線

高能宇宙射線

3.可靠、有效的驅動和保護電路設計

SiC功率器件具有低寄生參數,短路耐受時間段等特點,因此高可靠性且有效的驅動及保護電路是充分發揮SiC功率器件優勢的關鍵,同樣也是宇航供配電系統和二次電源設計過程中的一個關鍵部分,驅動電路和保護電路設計的好壞直接影響著電源的性能。

目前關于SiC功率器件的驅動和保護電路幾乎都處于實驗研究階段,尚未有成熟的應用,國內外多個科研團隊正在進行相關技術研究。在解決SiC功率器件的驅動和保護電路后,將會實現SiC功率器件在宇航電源領域的廣泛應用。

碳化硅在宇航領域也將大放異彩

SiC功率器件在宇航電源領域的應用前景

盡管目前SiC功率器件在宇航領域還未能獲得廣泛應用,但隨著材料技術,制作工藝,以及電源模塊封裝技術的不斷進步,高壓大容量SiC功率器件必將在電源應用中開辟新的應用領域,在宇航電源的開發和改造中更是會產生重大影響。

1.電推進系統電源處理單元應用

目前,超大功率電推進技術已經成為深空探測等空間活動的必備關鍵技術,電推進系統的超大功率也就是意味著為電推進器提供電力支持的電源處理單元(Power Processing Unit, PPU)要能夠實現高壓大電流,SiC功率器件的出現使得超大功率PPU的實現不再成為幻想。

美國針對深空探測的超大功率電推進系統進行了適用于300 V高壓母線的PPU功率變換器設計,該功率變換器由兩個采用SiC功率器件的7.5 kW全橋變換器并聯構成,經測試效率可達98%。未來的超大功率電推進采用耐高壓的SiC功率器件進行PPU設計是必然發展趨勢,可以大大提高轉換效率,減小PPU體積。

電推進系統

電推進系統

2.電機驅動器

隨著航天器功率的增加,無刷直流電動機、高功率密度永磁同步電動機被廣泛用于太陽能電池陣列部署,天線部署以及動量輪控制。由于空間環境中存在靜電放電和宇宙射線,國際空間站使用的航天器母線的最高電壓為160 V,要增加功率需要增大電流,而大電流會增加散熱,增加熱控制的負擔則會大大降低航天器的有效負載能力。

當將SiC功率器件應用于航天電機驅動器時,由于與Si二極管相比具有較小的反向恢復電流,因此SiC二極管可以降低開關損耗。除此之外,從功耗的觀點出發,可以使用額定電流小的裝置來代替額定電流大的裝置。例如,將額定電流為 200~400 A的Si IGBT模塊替換為電流為120 A的SiC模塊。

永磁同步電動機

永磁同步電動機

3.高壓功率電子調節器

行波管功率放大器是衛星通信系統中非常重要的高功放器件,主要由大功率行波管和高壓電子功率調節器兩部分組成,其中供電的高壓電子功率調節器是行波管功率放大器的主要部分,最高電壓可達到8kV。

要用Si基器件來實現如此高的電壓輸出需要非常復雜的拓撲結構,而這需要很多數量的開關器件和額外的二極管來鉗位電壓。但是,當使用SiC功率器件時,可以簡化變換器設計,減小諧振單元的體積,同時提高效率。

衛星行波管功率放大器

衛星行波管功率放大器

總結

功率開關器件是推動電源技術跨越式發展的基石,在攻克SiC功率器件后,將轉向實現兆赫茲電源的系列問題,如磁性器件高頻化設計、磁集成技術、高頻大功率電源電磁兼容技術等,由此將帶來電源技術的突破,真正實現高性能、微型化的新一代宇航電源,帶來宇航電源技術和產品的全面革新,實現更小的體積和重量、更優異的性能、更大的功率和更高的可靠性,從而助力整個航天技術的發展。


參考來源:

1.碳化硅功率器件在宇航電源中的研究與應用,曹宇翔、張瀟、王少寧、李進利(電子設計工程);

2.碳化硅功率器件的關鍵技術及標準化研究,葛海波、夏昊天、孫冰冰(科技傳播);

3.SiC MOSFET研究及應用,李新秀(北京交通大學)。


粉體圈小吉

本文為粉體圈原創作品,未經許可,不得轉載,也不得歪曲、篡改或復制本文內容,否則本公司將依法追究法律責任