基于SiC半导体材料的无功补偿与谐波治理综合装置的制作方法

本实用新型涉及一种无功补偿与谐波治理综合装置，特别是涉及一种基于sic半导体材料的无功补偿与谐波治理综合装置。

背景技术：

当今市场上apf/svg产品使用si半导体的igbt模块在一般情况下只能工作在20khz以下的频率。随着apf/svg对于效率和体积提出更高的要求，传统的si材料已经接近理论性能极限，无法进一步满足技术需求。而sic半导体材料具有耐高压、耐高温、低损耗、高效率等特性，被申请人视为apf/svg市场上高端技术领域研发的重点。

技术实现要素：

本实用新型提供了基于sic半导体材料的无功补偿与谐波治理综合装置，以至少解决现有技术中si半导体的igbt模块性能无法进一步提升的问题。

本实用新型提供了基于sic半导体材料的无功补偿与谐波治理综合装置，包括mosfet模块，所述mosfet模块内具有半导体，所述半导体为sic半导体。

进一步地，所述无功补偿与谐波治理综合装置包括逆变器，所述mosfet模块安装在逆变器内。

更进一步地，所述逆变器为两电平三相逆变器。

更进一步地，所述两电平三相逆变器还包括电抗器、直流支撑模块、桥臂，所述桥臂共3条，所述桥臂之间并联，所述桥臂上的mosfet模块包括第一mosfet模块、第二mosfet模块，所述第一mosfet模块与第二mosfet模块串联，所述桥臂的两端与所述直流支撑模块相连，所述电抗器与所述第一mosfet模块与第二mosfet模块之间电路相连。

更进一步地，所述电抗器为100uh电抗器。

更进一步地，所述直流支撑模块由20颗直流电容器串联组成。

进一步地，所述第一mosfet模块、第二mosfet模块均为n沟道增强型mosfet模块。

本实用新型与现有技术相比，采用sic半导体材料替换传统si材料igbt，可以支持更小的并网电抗器、散热器等功率器件及其模组体积，利用sic材料制造apf/svg产品利用sic功率密度高、损耗低、开断延时小等优势，可以支持更小的并网电抗器来保证并网波形质量，可以减少外置器件的成本、体积与重量，削减有源装置整体的体积和重量。

附图说明

图1为本实用新型实施例sicmosfet模块搭建的两电平三相逆变器桥式拓扑结构；

图2为本实用新型实施例sicmosfet模块在pcb中的设计应用。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本实用新型实施例公开了基于sic半导体材料的无功补偿与谐波治理综合装置，包括mosfet模块，所述mosfet模块内具有半导体，所述半导体为sic半导体。

可选的，如图1所示，所述无功补偿与谐波治理综合装置包括逆变器，所述mosfet模块安装在逆变器内。

特别的，所述逆变器为两电平三相逆变器。

特别的，如图1所示，所述两电平三相逆变器还包括电抗器、直流支撑模块、桥臂，所述桥臂共3条，所述桥臂之间并联，所述桥臂上的mosfet模块包括第一mosfet模块q1、第二mosfet模块q2，所述第一mosfet模块q1与第二mosfet模块q2串联，所述桥臂的两端与所述直流支撑模块相连，所述电抗器l1与所述第一mosfet模块q1与第二mosfet模块q2之间电路相连。

特别的，所述电抗器l1为100uh电抗器l1。

特别的，如图1所示，所述直流支撑模块由20颗直流电容器串联组成。

可选的，如图1所示，所述第一mosfet模块q1、第二mosfet模块q2均为n沟道增强型mosfet模块。

其中，基于sic半导体材料的无功补偿与谐波治理综合装置使用的是sicmosfet模块搭建的两电平三相逆变器桥式拓扑结构，如图1所示，由20颗直流电容器组成直流支撑模块，图中为方便分析，采用串联的两个电容器(c1、c2)并标出理想中性点n作为直流支撑模块，每相桥臂由两个sicmosfet组成，使用小型并网电抗器100uh亦可保证并网波形质量。图2为sicmosfet模块在pcb中的设计应用，小体积重量的模块封装简便了pcb的布局。

以本实用新型实施例的sicmosfet与传统siigbt的apf产品进行性能数据对比，具体如下表所示。

可知使用传统的si材料开关频率达到18khz，但几乎达到性能的极限，伴随着的开关损耗与电抗器损耗也更高；而本实用新型实施例的sic材料开关频率达到20khz，未来设计方案将达到30khz，可实现更高频次数的滤波，各方面损耗都比使用si材料的更低。

综上所述，本实用新型实施例基于sic材料的新型apf产品开发，具备如下多项技术特点：

(a)高功率密度，降低功率模块体积

由于sic器件与si器件相比，有更高的电流密度。在相同功率等级下，sic功率模块的体积显著小于si功率模块。

(b)低功率损耗，提高系统效率与工作频率

sicmosfet功率模块与采用siigbt的功率模块相比，可将开关损失降低25％以上，大幅提高能源利用效率。另外，未来可实现100khz以上的高速开关，开关频率可高达siigbt模块的10倍以上。提高开关频率将显著的减小电感器、电容器等周边部件的体积和成本。

(c)良好的高温稳定性，显著减小散热器体积和成本

由于sic器件的能量损耗远低于si器件，发热量同样低于硅器件，另外sic器件还有非常优异高温稳定性，因此，散热处理也更加容易进行，散热器体积可以显著减小。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本实用新型申请待批权利要求保护范围之内。