SiC Aktiver Oberwellenfilter von YT

Umstellung von einer herkömmlichen Silizium-basierten Aktiver Oberwellenfilter zu einem, der Siliziumkarbid (SiC) MOSFETs stellt einen großen Technologiesprung dar, und das Kühlsystem ist direkt davon betroffen.

Hier ein detaillierter Blick auf das Kühlsystem eines Aktiver SiC-Oberschwingungsfilter und hebt dabei hervor, wie es sich von herkömmlichen IGBT-basierten AHFs unterscheidet.

Der entscheidende Vorteil: Warum SiC das Spiel verändert

Siliziumkarbid ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke und überlegenen Materialeigenschaften im Vergleich zu Silizium. Für einen AHF (Aerodynamik-Heizkörper) ergeben sich daraus drei wesentliche Vorteile, die sich direkt auf das Wärmemanagement auswirken:

1. Höhere Schaltfrequenzen: SiC-MOSFETs können deutlich schneller ein- und ausschalten als IGBTs. Dies ermöglicht eine genauere Rekonstruktion des Gegenharmonischenstroms und verbessert die Leistung, insbesondere bei Oberschwingungen höherer Ordnung.

2. Geringere Schaltverluste: Der bedeutendste Effekt für die Kühlung: Durch das schnelle Schalten von SiC-Bauelementen wird bei jedem Schaltvorgang weniger Wärme erzeugt.

3. Höhere Betriebstemperaturen: SiC-Halbleiter können theoretisch bei Sperrschichttemperaturen von bis zu 200 °C oder mehr betrieben werden, im Vergleich zu der typischen Grenze von 150 °C für Silizium-IGBTs. Dies bietet eine höhere Sicherheitsmarge.

Auswirkungen auf das Kühlsystem

Aufgrund der oben genannten Vorteile wird die thermische Auslegung eines SiC-AHF einfacher, effizienter und zuverlässiger.

1. Reduzierte Wärmebelastung

Der Haupteffekt besteht darin, dass Ein SiC-AHF erzeugt bei gleicher Ausgangsleistung weniger Wärme. Die geringeren Schalt- und Leitungsverluste bedeuten, dass schlichtweg weniger thermische Energie abgeführt werden muss.

Ergebnis: Das Kühlsystem kann bei gleicher AHF-Bewertung kleiner, leiser und weniger leistungsstark sein.

2. Entwicklung der Kühlmethoden

• Zwangsluftkühlung wird bei höheren Leistungen praktikabler:

  • Eine 100-A-SiC-AHF kann problemlos mit Luft gekühlt werden, während eine 100-A-Silizium-IGBT-AHF möglicherweise an die Grenzen der Luftkühlung stößt und eine größere, lautere Lüftereinheit erfordert.

  • Die reduzierte Wärmelast ermöglicht es den Lüftern, langsamer zu laufen, was dazu führt, dass leiserer Betrieb und eine längere Lebensdauer der Lüfter. Die Kühlkörper können ebenfalls kleiner ausfallen.

• Flüssigkeitskühlung: Leistungsdichte statt Notwendigkeit –

  • Bei höchsten Leistungsstufen (z. B. > 300 A) wird weiterhin Flüssigkeitskühlung eingesetzt, aber heutzutage wird der Treiber oft extreme Leistungsdichte Die

  • Ein flüssigkeitsgekühlter SiC-AHF kann deutlich kompakter gebaut werden als sein Silizium-Pendant, da der geringere Wärmestrom eine kleinere Flüssigkeitskühlplatte und einen kleineren Wärmetauscher ermöglicht.

3. Erhöhte Zuverlässigkeit und Lebensdauer

Hitze ist der größte Feind von Elektronik. Durch geringere Wärmeentwicklung und höhere Temperaturbeständigkeit erfahren SiC-AHFs weniger thermische Belastung.

• Elektrolytkondensatoren: Diese Bauteile reagieren sehr empfindlich auf Hitze. Die kühlere Innenumgebung eines SiC-AHF verlängert die Lebensdauer dieser kritischen (und oft lebensdauerbegrenzenden) Bauteile erheblich.

• Halbleiter: Der Betrieb bei einer niedrigeren Temperatur als ihrer maximalen Nennleistung erhöht die Langzeitzuverlässigkeit der SiC-MOSFETs selbst erheblich.

• Lüfter (in luftgekühlten Geräten): Bei geringerer thermischer Belastung laufen die Lüfter langsamer und kürzer, wodurch sich ihre mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) erhöht.

Vergleich: Silizium-IGBT vs. SiC-MOSFET AHF-Kühlung

Praktische Auswirkungen und Vorteile für den Benutzer

1. Geringerer Platzbedarf: Die gleiche Oberwellenfilterleistung lässt sich mit einem physisch kleineren Gehäuse erzielen, da die Kühlvorrichtung weniger sperrig ist.

2. Höhere Effizienz: Da weniger Energie als Wärme verloren geht, verbraucht der SiC-AHF selbst weniger Strom, was die Gesamteffizienz Ihres Systems verbessert. Ein typischer SiC-AHF ist 1–3 % effizienter als ein Silizium-AHF.

3. Reduzierter Wartungsaufwand: Durch die geringere Wärmeentwicklung und die langsamer laufenden Lüfter (bei luftgekühlten Modellen) können die Wartungsintervalle verlängert werden. Luftfilter verstopfen möglicherweise nicht so schnell.

4. Reduziertes Ausfallrisiko: Die höhere inhärente Zuverlässigkeit und thermische Robustheit des SiC-Systems verringern das Risiko unerwarteter thermischer Abschaltungen oder Ausfälle.

Die Annahme von Die Siliziumkarbid-Technologie vereinfacht die Kühlungsherausforderung grundlegend. bei aktiven Oberschwingungsfiltern. Während die Kühlmethoden (Luft vs. Flüssigkeit) gleich bleiben, sind die Systeme Weniger Stress, mehr Effizienz und mehr Zuverlässigkeit.

Bei der Spezifizierung eines neuen AHF geht es bei der Wahl eines SiC-basierten Modells nicht nur um eine bessere elektrische Leistung; es ist auch die Wahl für ein robusteres, kompakteres und wartungsärmeres System mit einer längeren Betriebsdauer, was vor allem auf seine überlegenen thermischen Eigenschaften zurückzuführen ist.