Introduction aux dispositifs électriques en carbure de silicium

Carbure de silicium (SiC)les dispositifs de puissance sont des dispositifs semi-conducteurs fabriqués à partir de matériaux en carbure de silicium, principalement utilisés dans les applications électroniques à haute fréquence, haute température, haute tension et haute puissance. Par rapport aux dispositifs électriques traditionnels à base de silicium (Si), les dispositifs électriques en carbure de silicium ont une largeur de bande interdite plus élevée, un champ électrique de claquage critique plus élevé, une conductivité thermique plus élevée et une vitesse de dérive des électrons saturés plus élevée, ce qui leur confère un grand potentiel de développement et une grande valeur d'application dans le domaine. de l'électronique de puissance.

Avantages des dispositifs d'alimentation SiC

1. Bande interdite élevée : la bande interdite du SiC est d'environ 3,26 eV, soit trois fois celle du silicium, ce qui permet aux dispositifs SiC de fonctionner de manière stable à des températures plus élevées et ne sont pas facilement affectés par les environnements à haute température.

2. Champ électrique de claquage élevé : l'intensité du champ électrique de claquage du SiC est dix fois supérieure à celle du silicium, ce qui signifie que les dispositifs SiC peuvent résister à des tensions plus élevées sans claquage, ce qui les rend très adaptés aux applications à haute tension.

3. Conductivité thermique élevée : la conductivité thermique du SiC est trois fois supérieure à celle du silicium, ce qui permet une dissipation thermique plus efficace, améliorant ainsi la fiabilité et la durée de vie des dispositifs électriques.

4. Vitesse de dérive des électrons élevée : la vitesse de dérive de saturation des électrons du SiC est deux fois supérieure à celle du silicium, ce qui permet aux dispositifs SiC de mieux fonctionner dans les applications à haute fréquence.

Classification des dispositifs électriques en carbure de silicium

Selon différentes structures et applications, les dispositifs électriques en carbure de silicium peuvent être divisés dans les catégories suivantes :

1. Diodes SiC : comprennent principalement les diodes Schottky (SBD) et les diodes PIN. Les diodes SiC Schottky présentent une faible chute de tension directe et des caractéristiques de récupération rapide, adaptées aux applications de conversion de puissance à haute fréquence et à haut rendement.

2. SiC MOSFET : il s'agit d'un dispositif d'alimentation contrôlé en tension avec une faible résistance à l'état passant et des caractéristiques de commutation rapides. Il est largement utilisé dans les onduleurs, les véhicules électriques, les alimentations à découpage et d'autres domaines.

3. SiC JFET : il présente les caractéristiques d'une tension de tenue élevée et d'une vitesse de commutation élevée, adaptées aux applications de conversion de puissance haute tension et haute fréquence.

4. SiC IGBT : il combine l'impédance d'entrée élevée du MOSFET et les caractéristiques de faible résistance à l'état passant du BJT, adapté à la conversion de puissance moyenne et haute tension et à l'entraînement de moteur.

Applications des dispositifs électriques en carbure de silicium

1. Véhicules électriques (VE) : Dans le système d'entraînement des véhicules électriques, les dispositifs SiC peuvent considérablement améliorer l'efficacité des contrôleurs de moteur et des onduleurs, réduire les pertes de puissance et augmenter l'autonomie.

2. Énergie renouvelable : dans les systèmes de production d'énergie solaire et éolienne, les dispositifs d'alimentation SiC sont utilisés dans les onduleurs pour améliorer l'efficacité de la conversion d'énergie et réduire les coûts du système.

3. Alimentation industrielle : dans les systèmes d'alimentation industrielle, les dispositifs SiC peuvent améliorer la densité et l'efficacité de la puissance, réduire le volume et le poids et améliorer les performances du système.

4. Réseau électrique, transmission et distribution : dans la transmission à courant continu haute tension (HVDC) et les réseaux intelligents, les dispositifs électriques SiC peuvent améliorer l'efficacité de la conversion, réduire les pertes d'énergie et améliorer la fiabilité et la stabilité du transport d'énergie.

5. Aérospatiale : Dans le domaine aérospatial, les dispositifs SiC peuvent fonctionner de manière stable dans des environnements à haute température et à fort rayonnement et conviennent aux applications clés telles que les satellites et la gestion de l'énergie.

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