Przekształtniki energoelektroniczne z elementami z węglika krzemu

• Autorzy: Nowak M. , Rąbkowski J. , Barlik R.

Warianty tytułu

EN

Power electronics converters with silicon carbide devices

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dzięki wysokiej dopuszczalnej wartości napięć wstecznych diody Schottkyego z węglika krzemu mogą znaleźć zastosowanie jako diody zwrotne w typowych układach energoelektronicznych. W celu porównania właściwości ultraszybkich standardowych diod krzemowych PiN i diod Schottkyego z węglika krzemu opracowano model symulacyjny trójfazowego przekształtnika PWM zawierającego łączniki złożone z tranzystorów IGBT i diod zwrotnych. Badania symulacyjne ukierunkowano na wyznaczenie strat mocy wydzielanych w łącznikach w przypadku, gdy dioda zwrotna jest wykonana z krzemu lub z węglika krzemu. Wyniki obliczeń wskazują, że całkowita moc strat we wszystkich łącznikach jest mniejsza w przypadku zastosowania diod Schottkyego z węglika krzemu. Wykonano model laboratoryjny trójfazowego przekształtnika PWM o mocy 5 kVA przeznaczony do badań eksperymentalnych w celu pomiaru i porównania całkowitej mocy strat w przypadku zastosowania w układzie diod krzemowych i z węglika krzemu. Zbudowany przekształtnik jest przewidziany do połączenia z siecią 3 x 400 V/50 Hz i może pełnić funkcją prostownika, kompensatora a także falownika (przekazywanie energii do sieci).

EN

Thanks to high reverse voltage, the silicon carbide Schottky Barrier Diode can be applied as anti-parallel diode in a two-switch leg being the most popular PWM converter sub-circuit. In order to compare the standard ultrafast silicon PiN diode and silicon-carbide Schottky Barrier Diode, the simulation model of three phase PWM converter consisting of IGBT and diodes was investigated. Simulations were carried out to calculate the power losses in two cases: firstly, if the anti-parallel diode is mad e with silicon, and secondly, if the diode is made of silicon carbide. The results obtained by simulations confirm that the total power losses in all switches are smaller when the silicon-carbide Schottky Barrier diodes are used. The experimental 5 kVA three phase PWM converter was built to prove and compare by laboratory measurement the total power in the cases when the silicon and silicon carbide diodes are used. The converter is designed for standard line voltages (3 x 400 V/50 Hz) and is capable to work as rectifier, compensator or inverter (i.e. drawing energy to the line).

Słowa kluczowe

PL

trójfazowy przekształtnik PWM; dioda Schottky'ego z węglika krzemu; łączeniowe straty mocy

EN

three phase PWM power converter; silicon carbide Schottky diode; switching power losses

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 50, nr 6
• Strony: 7--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., wykr., il.

Twórcy

autor

Nowak M.

autor

Rąbkowski J.

autor

Barlik R.

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Nowak M., Barlik R.: Poradnik inżyniera energoelektronika. WNT, Warszawa, 1998.
• [2] Kolessar R.: Compact Modeling of Si and SiC Power Diodes. Doctoral Dissertation. Royal Institute of Technology, Department of Electrical Engineering Electrical Machines and Power Electronics. Stockholm, Sweden 2001.
• [3] Elasser A., Kheraluwala M. H., Ghezzo M., Steigerwald R. L., Evers N. A., Kretchmer J., Chow T. P.: A Comparative Evaluation of New Silicon Carbide Diodes for Power Electronics Applications. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no 4, July/August 2002, pp. 915-921.
• [4] Kolar J. W.: Use of SiC Components in Power Electronics System - Overview. SiC User Forum - Potential of SiC in Power Electronics. 14-15 March 2006, Nuremberg, Germany.
• [5] Barlik R., Rąbkowski J., Nowak M.: Przyrządy półprzewodnikowe z węglika krzemu i ich zastosowania w energoelektronice. Przegląd Elektrotechniczny, R. 82, nr 11/2006, ss.1-8.
• [6] Szmidt J., Konczakowska A., Tłaczała M., Lisik Z., Łuczyński Z., Olszyna A.: Nowe technologie na bazie węglika krzemu i ich zastosowania w elektronice wielkich częstotliwości, dużych mocy i wysokich temperatur. VI Krajowa Konferencja Elektroniki, Darłówko Wschodnie, 11-13 czerwca 2007, tom 1/2, s. 67.
• [7] Oleksy M., Janke W.: SiC and Si Schottky Diodes Thermal Characteristics Comparison. International Conference Microtechnology and Thermal Problems in Electronics. Microtherm 2007, June 2007, Łódź, s. 117-122.
• [8] Barlik R., Nowak M., Rąbkowski J.: Symulacyjne studium projektowe trójfazowego przekształtnika PWM z zastosowaniem łączników z węglika krzemu. VII Krajowa Konferencja Elektroniki, Darłówko Wschodnie, 02-04 czerwca 2008, materiały specjalne, s. 250-263.
• [9] Nowak M., Barlik R., Rąbkowski J.: Metodyka badań porównawczych krzemowych i węglikowo-krzemowych łączników mocy. Elektronika, nr 7-8, 2008.
• [10] Nowak M., Rąbkowski J., Barlik R.: Measurement of Temperature Sensitive Parameter Characteristics of Semiconductor Silicon and Silicon - Carbide Power Devices. 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, 1-3 September 2008, Poznań, IEEE Catalog Number CFP0834A-CDR; ISBN 978-1-4244-1742-1.
• [11] Rąbkowski J.: Silicon carbide JFET - fast, high voltage semiconductor device for power electronics applications. Przegląd Elektrotechniczny (artykuł przekazany do druku).
• [12] www.infineon.com
• [13] www.cree.com
• [14] www.rsc.rockwell.com./siliconcarbide/index.html