2021-06-23

碳化硅在空调等白电应用中的优势

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碳化硅作为第三代半导体的代表材料,是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,其解决方案能使系统效率更高,质量更轻,结构更紧凑。目前已广泛用于汽车电驱、光伏逆变、OBC、充电桩等领域。除此之外,白电领域也是碳化硅的机会,本文主要讨论下碳化硅器件在家电行业的机会,特别是空调上的应用优势。

国家将第三代半导体写入了十四五规划,越来越多的半导体企业都加码第三代半导体,如目前国内唯一一家从原材料到器件垂直产业链的三安集成电路,更是在长沙投资160亿建长沙碳化硅产业园,可以预见碳化硅器件的价格趋势会越来越平民化,使碳化硅器件可以在家电应用上一展所长。

2020年7月1日正式实施,新能效标准(如下CC≤4500的对比)的实施,势必将加快空调节能技术的提升。

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为了进一步减小电抗体积,优化整体结构,提高系统的效率,变频空调PFC频率已由目前主流的40kHZ,往70kHZ、80kHZ甚至更高的频率设计,这对IGBT和FRD的高频要求就越来越高,要求IGBT开关时间更快,快恢复二极管反向恢复时间更短,由于普通的肖特基二极管电压最高250V,满足不了空调的高压要求,碳化硅肖特基二极管是最佳的选择。对于IGBT,碳化硅MOS也将是一个不错的选择。另外同时集成碳化硅二极管+IGBT或者碳化硅MOS的模块也将是一个选择。已有空调厂家开始选用碳化硅二极管,比普通硅快回复二极管具有更小的正向导通压降,更高的耐温及高温稳定性,PFC效率能提升0.7 ~ 1个百分点,由于碳化硅二极管反向恢复时间很短,减轻了加在IGBT上的漏电流,使IGBT温度降低约2℃~3℃,提升了系统整体性能和可靠性。

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无桥图腾柱PFC因其良好的高效率,电路简单,EMI特性好,受到业界的追捧,第三代宽禁带器件,如碳化硅,由于开关速度快,导通损耗小,耐压高,无反向恢复时间和高稳定性的特点,可以将图腾柱PFC电路的优势最大的发挥出来。

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碳化硅在其他家电上的机会也会随着空调的应用而普及。理论上,只要是PFC或者升压电路、以及高压或者高功率电源场合都会有碳化硅的应用机会,比如TV(商用显示器或者特殊功能显示器)、商用滚筒洗衣机、高端微波炉、高端电饭煲等,及其他大于500W的PFC拓扑结构电路。那些功率越大,电压越高的场合,用碳化硅的优势越明显,能够提高系统效率,减小板子尺寸,优化系统结构,从而帮助工程师们设计出性能更优,可靠性更高的产品。

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颜子昂

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