和减少电源转换器的占地面积 [1,2]。正因为如此,一些制造商越来越多地开发基于 SiC 和 GaN 技术的电源转换器。光伏逆变器、电机驱动逆变器、不间断电源 (UPS) 和笔记本电脑充电器等应用是可用的商用 WBG 电源转换器的几个例子。几项研究 [1,2] 报告了 WBG 转换器在特定应用中的潜在节能效果。然而,这些调查是基于学术界开发的电源转换器,而不是商业产品,通常与行业标准和商业产品要求不兼容。在这项工作中,我们估计了几种应用中每年全球节能潜力,考虑用商用 WBG 替代实际的硅基商用电源转换器。这是第一项评估商用转换器能源潜力的研究,其结果与最先进的工业技术兼容。我们搜索了每个选定应用的制造商,以获得基于 WBG 系统的可用产品和相关技术信息。我们的分析提供了 WBG 系统的节能潜力。
本指南文件是世界银行(WBG)海上风开发计划的一项输出,该计划由世界银行和国际金融公司(IFC)的能源部门管理援助计划(ESMAP)共同领导。通过来自世界银行管理的多捐赠信托基金Problue的资助,它的发展和出版物成为可能,该基金支持健康海洋中海洋和沿海资源的可持续发展和综合发展。ESMAP的分析和咨询服务已完全集成到世界银行的国家融资和政策对话中。esmap致力于加速实现可持续发展目标7所需的能源转换,以确保所有人都可以使用负担得起,可靠,可持续和现代能源。它有助于塑造WBG策略和计划,以实现WBG气候变化行动计划目标。
摘要:电力电子系统对现代社会影响巨大。它们的应用旨在通过最大限度地减少工业化对环境的负面影响(如全球变暖效应和温室气体排放)来实现更可持续的未来。基于宽带隙 (WBG) 材料的功率器件有可能在能源效率和工作方面实现范式转变,而这些转变与基于成熟硅 (Si) 的器件相比毫无二致。氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 被视为最有前途的 WBG 材料之一,它们可以大大超越成熟 Si 开关器件的性能极限。基于 WBG 的功率器件可以在更高的开关频率下实现快速开关,同时降低功率损耗,因此可以开发高功率密度和高效率的功率转换器。本文回顾了流行的 SiC 和 GaN 功率器件,讨论了相关的优点和挑战,最后介绍了它们在电力电子中的应用。
摘要 宽带隙器件正日益渗透到汽车市场,并成为汽车应用(无论是牵引逆变器还是电池充电器)的首选。牵引逆变器的任务概况特别艰巨,因为当电机驱动器经历驱动周期的各个阶段(包括加速、减速、失速等)时,功率器件上的电热应力在幅度和频率上会发生很大变化。从历史上看,牵引转换器一直使用硅器件实现,其性能和可靠性众所周知。在汽车应用中应用 SiC MOSFET 和 GaN 功率器件等 WBG 器件需要了解可靠性和认证程序,尤其是根据汽车标准。与硅器件相比,SiC 和 GaN 功率器件具有不同的内部物理特性和工作模式,其稳健性和可靠性性能也大不相同。鉴于应用的敏感性,这些器件必须通过汽车电子委员会 (AEC)、联合电子设备工程委员会 (JEDEC-JC70) 和欧洲电力电子中心 (AQG) 制定的严格汽车可靠性测试和指南。本教程旨在介绍与以下内容相关的主题:(i)WBG 器件的物理和操作:这包括这些 WBG 器件与传统硅 IGBT 和 MOSFET 的不同之处的详细信息;(ii)WBG 器件的可靠性和稳健性:这包括这些 WBG 技术的哪些方面使它们比传统硅器件更稳健或更不稳健的详细信息。(iii)特定于应用的可靠性要求:这包括如何将应用程序的任务概况转化为功率器件上的应力的详细信息。这一点至关重要,因为与牵引变流器或负载服务直流/直流转换器中的设备相比,电动充电器中使用的设备将受到非常不同的电热和热机械应力。(iv)测试方法和规范:这包括用于实施这些测试的电路和系统的详细信息。讨论将包括标准生产线终端生产测试、筛选测试和资格测试之间的差异。由于这些 WBG 设备的性质,其中一些测试方法必须适应 WBG 设备物理的特殊性。
在政府的评估中,鉴于其任务和支持经济发展的作用,WBG在帮助发展中国家实施2030年可持续发展议程方面起着关键作用,该议程构成了可持续性的所有三个维度:社会,经济和环境可持续性。 至关重要的是,基于议程的综合观点,WBG必须以环境可持续的方式促进与贫困,不平等和性别不平等作用的增长模式。 政府支持WBG采取广泛的方法来通过在各个领域的支持和能力建设来促进对包容性和可持续性经济的转变。 这些包括宏观麦克风稳定性,公共财务管理,社会保障,提高生产率和就业,通过教育和健康以及基础设施,能源,现代技术,贸易等对人力资本的投资等。 包容性,在经济上,社会和环境上可实现的增长对于在其他各种优先事项(例如环境和气候变化,性别平等和预防冲突)等其他优先事项中至关重要。在政府的评估中,鉴于其任务和支持经济发展的作用,WBG在帮助发展中国家实施2030年可持续发展议程方面起着关键作用,该议程构成了可持续性的所有三个维度:社会,经济和环境可持续性。至关重要的是,基于议程的综合观点,WBG必须以环境可持续的方式促进与贫困,不平等和性别不平等作用的增长模式。政府支持WBG采取广泛的方法来通过在各个领域的支持和能力建设来促进对包容性和可持续性经济的转变。这些包括宏观麦克风稳定性,公共财务管理,社会保障,提高生产率和就业,通过教育和健康以及基础设施,能源,现代技术,贸易等对人力资本的投资等。包容性,在经济上,社会和环境上可实现的增长对于在其他各种优先事项(例如环境和气候变化,性别平等和预防冲突)等其他优先事项中至关重要。
能源部门管理援助计划 (ESMAP) 是世界银行与 20 多个合作伙伴之间的一项合作,旨在帮助中低收入国家通过可持续能源解决方案减少贫困并促进增长。ESMAP 的分析和咨询服务完全融入了世界银行能源部门的国家融资和政策对话中。通过世界银行集团 (WBG),ESMAP 致力于加速实现可持续发展目标 7 (SDG7) 所需的能源转型,确保人人都能获得负担得起、可靠、可持续和现代的能源。它有助于制定世界银行集团的战略和计划,以实现世界银行集团气候变化行动计划的目标。了解更多信息,请访问:https://esmap.org。
基于宽带隙 (WBG) 半导体材料(如碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN) 和金刚石)的 PE 设备可以提高下一代电网的可靠性和效率。这些材料能够实现更高的开关频率 (kHz) 和阻断电压(高达数十至数百 kV),同时提供更低的开关损耗、更好的热导率以及承受更高工作温度的能力。充分利用 WBG PE 设备存在许多障碍和挑战,包括确定用于高功率电网应用的新设备拓扑、开发持续提供坚固设备的能力以及创建具有成本效益的大批量制造工艺。特定于材料的障碍包括:
该实验室是世界银行集团员工了解新兴技术潜力并积累专业知识的催化剂、推动者和加速器,有助于实现可持续发展目标和世界银行集团的颠覆性技术议程。实验室充当内部技术顾问和知识中心,快速生成价值证明 (PoV) 和原型,以测试新功能、加快学习速度并了解新技术的适用性和可操作性,以应对发展挑战。实验室与员工合作并与内部和外部合作伙伴互动,以促进“边做边学”的运作方式。
由 NAMPET - CDAC & MEITY、GoI 3 资助的项目,为工业应用设计和开发基于 WBG 设备的高电流转换器
在动态反向偏置 (DRB) 可靠性测试期间有效管理高强度电流尖峰对于及早发现潜在问题(例如宽带隙 (WBG) 器件中的栅极氧化物退化)至关重要。本文讨论了 DRB 测试的挑战,特别关注由 WBG 器件中的快速 dv/dt 切换事件引起的电流浪涌。遵守 AQG-324 指南(该指南要求 dv/dt > 50 kV/µ s)通常会导致由于寄生电容而出现显著的电流浪涌。这些浪涌可达数十安培,导致过度自热并可能损坏敏感的测量电路。本研究介绍了一种创新方法,可在不影响漏电流的情况下滤除电容位移电流尖峰,将浪涌强度降低 100 多倍,并实现对高达 1.5 kV 的 WBG 器件进行高效的 DRB 测试。验证过程包括在 LT-Spice 中模拟 Wolfspeed Power 碳化硅 (SiC) MOSFET 模型,并对 Wolfspeed、Infineon 和 Rohm 的三种不同的 1.2 kV SiC 设备进行硬件测试。采用优化的 PCB 设计来最大限度地减少电路寄生效应,显示出模拟和硬件测试结果之间的良好一致性。