碳化硅在电源中的作用和优势

硅是半导体的传统材料，但其近亲碳化硅（SiC）最近已成为激烈的竞争对手。碳化硅的特性特别适合高温、高压应用。它提供了更高的效率，并扩展了功率密度和工作温度等领域的功能。

这种独特的材料有助于使电源更小、更高效。让我们来探讨一下这是如何发生的，以及碳化硅在电源领域能提供什么。

什么是电源应用中的碳化硅？

与硅相比，碳化硅有六大优势，例如：

高能效

低功耗和开关损耗

高导热性

高工作频率和高温度

出色的热管理和抗热震性

使用寿命长

这些优点使碳化硅成为各行各业电源应用的理想材料。使用碳化硅的两种常见电源元件是二极管和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

碳化硅在电源中的作用

碳化硅在电源中如此有用的主要原因之一是它作为一种宽带隙材料。具有宽禁带的材料在将电子从价带移动到导带之前需要更多的能量。当这种情况发生时，材料就会变成导体。硅的带隙仅为1.12电子伏特（eV），而SiC的带隙为3.2 eV。更宽的带隙意味着SiC可以在更薄的设计中承受与硅半导体相同的电压。

碳化硅的薄材料为电源提供了几个优点。它减少了导通和开关的损耗，从而提高了开关速度并减少了热量，从而实现了更小、更高效、更持久的电源。

几乎每个行业都受益于这些紧凑、高效的电源，因为对自动化设备和数据收集等技术的需求不断增长。工业应用、数据中心和其他高热、高电压用户对碳化硅特别感兴趣，碳化硅可以显着降低运行和冷却设施的成本（这些设施通常24/7全天候运行），同时充分利用宝贵的空间。

随着时间的流逝，碳化硅还可以提高性能，因为它可以很好地承受热应力。更高的效率有助于最大限度地减少热量，使SiC具有更长的使用寿命并使其更可靠。这些特性在要求苛刻或任务关键型应用中特别有用，例如加固型电源或军事设备。

碳化硅在电源中的5大优势！

使用碳化硅功率器件的好处是广泛的，影响着从工作温度到设计灵活性的方方面面。碳化硅的优点包括：

提高效率：SiC可实现高于97%的功率转换效率，帮助用户和设计人员实现各种目标。降低成本的最佳方法之一是首先避免使用电力，而SiC可以提供极大的帮助。它允许用户在一个经济实惠的系统中满足内部对降低成本的需求，以及外部质量标准和政府法规。许多碳化硅电源可以满足80 Plus钛金标准，同时降低成本。

节省成本：降低能耗是碳化硅电源为用户节省资金的主要方式之一，但它们也可以通过更小的占地面积和更高的可靠性来节省成本，从而限制停机时间并实现价值最大化。强大的导热性和效率也减少了对冷却组件的需求。

提高功率密度：由于其高效率和低热量，SiC可以大大提高功率密度，特别是在高压应用中。这些紧密封装的设计非常适合在不牺牲性能和功耗的情况下构建更小、更轻的电源。

提高可靠性：碳化硅可以处理高工作温度和高电压。它可承受高达200摄氏度的环境，通常与场内效应晶体管一起使用，应用电压高达10千伏。其高效的性能也使其使用寿命长。许多要求苛刻的应用都受益于基于SiC的电源的可靠性。

改进的多功能性：凭借其高功率密度和在高温、高压环境中的高效运行，SiC被用于各行各业和设备，以提供功能强大、经济高效的解决方案，以平衡灵活性和功率密度需求。碳化硅在工业安装中具有非凡的价值，但许多行业，如航空航天和医疗保健，也受益于碳化硅应用的灵活性和坚固性。

SiC与Si在电源应用中的比较

硅已经存在了几十年，许多设计师都依赖它作为一种久经考验的材料。虽然它在低功耗应用中运行良好，但在使用高功率设备时，它的局限性变得很明显。在硅开始分解的地方，碳化硅继续前进。由于其宽禁带，它可以在更高的温度、频率和电压下工作。

虽然硅的工作温度高达150摄氏度，但SiC可以额外高出50摄氏度。它可以支持比硅高10倍的开关频率和电压。

在许多情况下，硅会降低在高击穿电压下可能发生的导通电阻。但是，这会增加开关损耗和发热问题。这些问题阻碍了硅在高频应用中的有效性。碳化硅可以在高电压和高速下提供这些低导通电阻。

碳化硅大放异彩的一些领域包括：

电动汽车充电：电动汽车充电站具有独特的电力需求，包括高效率、坚固性、双向能量流和高功率密度。SiC的快速开关可以减少所需的组件数量，并在更小的空间内提供更多的功率，非常适合从一个站点为多辆车充电。

功率因数校正：提高电源的功率因数可以平滑短而高幅度的脉冲，从而更有效地利用输入功率。SiC的高频功能有助于减小功率因数校正的元件尺寸和数量，从而降低成本、功率密度和热管理。

数据中心电源：服务器使用大量电力并持续运行。碳化硅的高效率可以转化为显著的成本节约和能源使用，随着数据需求的攀升，这一点变得越来越重要。

工业应用：工业设备通常依赖于SiC可以提供的高电压和高速度来实现卓越的精度和功率，从而实现可靠的操作。

可再生能源：随着可再生能源领域的发展，碳化硅提供了一种有吸引力的方式来帮助满足高电压、高功率需求，而无需转向化石燃料或核能。通过以低成本和更低的复杂性适应这些应用，碳化硅有助于使可再生能源成为更可行的解决方案，并允许许多用户限制其功耗。

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审核编辑：汤梓红