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半导体

智能电网抬高功率器件门槛

  在智能电网发电、输电、变电、配电等各个环节,功率器件都扮演重要的角色,随着智能电网市场的方兴未艾,功率器件也找到了“上升”的新舞台。


  并网发电提出更高要求


  “智能电网输电将从传统的交流输电转向为+800KV高压直流输电,因为某一地区交流电因某种原因切断时,要求对等回路,这难以控制。而高压直流输电的好处在于控制方便,将是未来的发展趋势。”大联电商贸有限公司产品行销一群四处彭裔天介绍,“而高压直流输电则需要高电压的晶闸管、IGBT、IGCT等功率器件,并且IGCT必须配备高压二极管。”而从市场应用来看,国外应用已相对较广泛,中国正在兴起。
  同时,随着风力、太阳能等新能源不断并网发电,近年来新能源发电系统已经达到兆瓦级的大规模,“对应用于这些发电系统的功率变换装置的容量比以前大幅提高。”三菱电机功率器件制造所所长西村隆司对《中国电子报》记者介绍,“智能电网关注电力质量,输电要保证质量,特别是分布式发电领域,如何把分布式发电有效输送到电网是非常重要的。”
  因而,更长使用寿命、更高功率密度以及允许使用新一代芯片的坚固的模块封装,成为功率器件所面临的主要挑战。为了满足发电系统大容量化的需求,三菱电机推出New-MPD系列产品。New-MPD系列IGBT模块针对大电流专用的内部结构采用专门的封装,并采用低损耗的第6代IGBT硅片,使得额定电流提升到原MPD系列的1.5倍以上。西村隆司还表示,其优势在于内部电感低,因而尖峰电压小,模块更加安全,并且寿命更长。
  “新能源应用为功率器件提出了越来越高的要求,英飞凌最新推出的IGBT模块EconoPACK+D,采用了适当的电和结构的连接技术的模块封装,为高效坚固、外形小巧的变频器设计铺平了道路。”英飞凌科技副总裁兼工业电源部总经理Martin Hierholzer介绍。据了解,这种模块实现了更低导通损耗和优化的杂散电感。同时,归功于最先进的芯片技术IGBT4,这种模块可以支持最高为150℃的更高工作结温,从而可支持更高IRMS电流。


  家用太阳能追求小型化


  国外在不断促进家用太阳能发电,而家用平均需要3000W-8000W左右,而太阳能电池板一平方米只有100W,因而市场潜力巨大。目前有住宅用的太阳能发电系统要将太阳能电池板的直流电转换成交流电。“由于调整电压的功率变换器安装在室内,所以需要功率变换器的尺寸尽可能的小。”西村隆司表示。三菱电机推出了用于家庭太阳能发电的新的PV-IPM,专门针对8000W以下的应用,新封装型PV-IPM使得太阳能发电系统的功率变换器小型化得以实现。
  三菱电机机电(上海)有限公司应用技术部孙建还介绍,“新品的面积比以前的产品减小了约30%%,从而为功率变换器的小型化作出贡献。根据内置功率硅片的数量可以将该系列产品分为4单元、5单元和6单元共3种,其对应的电路拓扑结构分别为单相逆变电路、单相逆变加1个升压电路、单相逆变加2个升压电路。用PV-IPM代替传统的IPM,效率可以提高1%%,这是很不容易的。”
而提高太阳能发电效率一直是业界关注重点。“三菱电机为提高发电效率,还将不断开发新型半导体。”西村隆司接着指出,“三菱电机以后开发的智能电网技术范围更广,不仅限于风力和太阳能发电,还会将通信技术应用在智能电网中。”


  逆变器追求高效


在新能源的并网发电中,逆变器是不可或缺的主力。据iSuppli公司最新公布的一项调查报告表示,2014年全球太阳能逆变器的出货量将超过2330万台,2010年260万台的九倍之多。同时,该领域的利润额也预计将由2010年的53亿美元涨至2014年的89亿美元。“逆变器最主要的挑战是提高效率。”英飞凌科技高压MOS产品线经理Jan-Willem Reynaerts指出。
  针对此,英飞凌推出业界首款漏源击穿电压为650V并且集成了快速体二极管的高压晶体管CoolMOS CFD2,它具有更出色的轻载效率、更低栅极电荷、易于应用和出众的可靠性等。此外,该产品具备更低单位面积通态电阻和更低容性开关损耗,允许轻松控制开关行为,可大幅提升太阳能逆变器应用的能效。
  Jan-Willem Reynaerts进一步指出,650V CFD2设立了新的行业标准,可将光伏逆变器的效率提高至98.1%%。


  (责任编辑:落雪)


 



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