通讯网关 1746-N04I

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PP1195 Siemens 6DM1 001-6WA00-0 
TU991 SEW Ausgangsfilter HF 055-503 08263124 
PP7839 Trennverst?rker Phoenix Contact MCR-CLP-UI-I-4 
PP4536 Remote I/O Adapter Allan Bradley 1771-ASB
PP6288 Telemecanique TBXDMS16C22 TBXLEP020 TBXBLP01
MI104 Luminescence Scanner Sensor Sick LUT1-530 1005933 
PP3362 Siemens Simadyn SE3.1 6DD1681-0AD1 
PP2714 Sicherheitsrela?is Pilz Pnoz X5 774326 
PP3579 Mitsubishi Melsec A1SD75P2-S3 
PP5891 ABB DSMC 110 57330001-M/4 
PV864 Siemens Teleperm M 6DS1408-8BB 
PP1704 Siemens 6ES7460-1BA00-0?AB0 
PP3352 Sick AWT1-11 1006561 
               PP6192 ABB DSMC110 DSMC 110 57330001-N/4 
DD95 Bosch AV24V 1070078917-104 E1 
ON790 Floppy Disk Controller ABB DSMC 110 57330001
Y175 Siemens Leistungsausgab?e 6ES5 776-7LA13 
W864 Schiele SPS 600 ZE 2.408.140.00 
ON880 Power Supply Simoreg Siemens 6DM1001-1LA00 
PP2913 Siemens 6ES5376-1AA31 
HA533 IC Kommandostufe Siemens EMA-W U32-
PP4815 Indramat UEB 3-1/2 
PP6300 ABB DSQC 122 YB161101-BH/1 
PP8324 3- Phasen Energiez?hler Saia PCD AWD3D5W
PP1161 Buserweiterung Telemecanique Schneider STBXBE210
PP6202 ABB DSQC142 DSQC 142 YB161102-CR/1 
PP6203 ABB DSQC142 DSQC 142 YB161102-CR/3 
W476 Heller CPU 31 20.002 022-5

电牵引技术的不断发展要求电力电子器件具有更高的功率密度、更高的工作温度、更小的功率损耗、更快的开关速度。以硅（Silicon-Si）材料为基础的电力电子器件因大功率场效应晶体管（功率MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等新型电力电子器件的应用而日趋成熟。随着器件结构设计及制造工艺的完善，当前器件的性能已经接近Si材料的理论极限。目前，以碳化硅（SiC）为代表的第三代宽禁带半导体电力电子器件已经实现商品化，在牵域表现出的潜力。

SiC材料较大的禁带宽度（3.26eV）使其相比于Si材料（1.12eV）具有很大的优势：本征载流子浓度低20个数量级，临界击穿电场高10倍，热导率高3倍，电子饱和漂移速率高1倍等。这些特性使得SiC电力电子器件在高温、高频及阻断电压等方面突破Si材料的极限。

目前，SiC电力电子器件已经在600V-1700V中低压领域实现了产业化，Cree、Rohm、Infineon等公司可批量供应大电流50A的SiC SBD及MOSFET产品，其应用已显著提高系统工作频率及整机效率。高压SiC器件早在2003年已有报道，然而受晶体质量及相关工艺限制，其产业正在发展中。机车牵引、高压直流输变电等领域目前正小批量试用高压SiC器件，系统性能提升明显。

我国高铁建设目前已拥有世界水平，但牵引用SiC电力电子器件及应用尚处于初期阶段。2013年开始，中国中车永济电机及株洲时代电气开始进行SiC器件封装及应用研究，希望通过应用推动整个SiC电力电子产业链的发展，追赶国外技术的脚步。

2 SiC电力电子器件

SiC器件在高阻断电压下依然有很小的导通电阻，因此SiC器件的研究开始集中在肖特基势垒二极管（SBD）、MOSFET等少数载流子器件上。

2.1 SiC SBD

SiC SBD为单极性器件，没有少数载流子的注入及自由电荷的存储，具有几乎理想的反向恢复特性，适合在高压、高频及高温条件下工作。

由于高压下SiC肖特基势垒比Si薄，进一步提高SiC SBD的反向电压会受到隧穿势垒引起的反向漏电流限制。为了充分发挥SiC临界击穿电场高的优势，通常采用JBS、MPS等结构降低肖特基接触处电场强度，获得了较好的器件特性。

SiC SBD是发展为成熟的SiC电力电子器件，适用于600V-3300V阻断电压范围。Cree、Rohm、Microsemi、Infineon等公司SiC SBD已经应用于变频或者逆变装置中替换Si基快恢复二极管，显著提高了工作频率和整机效率。然而由于SiC开关器件发展的相对滞后，因此目前在牵引、工业变频等领域的普遍做法是将SiC SBD和Si IGBT芯片封装在一起以形成大功率开关器件，以降低器件开关损耗。

2.2 SiC MOSFET

SiC是具有热氧化层的宽禁带半导体材料，因此可以直接借鉴Si 基MOSFET的设计、制造经验和生产设备。同时，SiC MOSFET与现有Si基MOSFET、IGBT驱动电路兼容，因此SiC MOSFET是发展快的开关器件。

SiC MOSFET早期发展存在一些问题，如沟道迁移率低和栅氧化层可靠性问题。目前，迁移率问题通过埋沟、高温气氛氧化等设计、工艺技术得到基本解决。可靠性方面，350°C下栅氧化层依旧具有良好的可靠性，目前已经不是限制SiC MOSFET发展的瓶颈。

2012年，日本Rohm公司通过优化工艺条件及器件结构，改善了晶体质量，实现了SiC SBD与SiC MOSFET一体化封装，解决了1200V级别逆变器中使用Si IGBT及FRD（快恢复二极管）而导致功率转换损耗较大的问题。该产品在降低器件工作损耗70%以上的同时还实现了100kHz以上更高的工作频率，推动了外围部件小型化的发展。预计在今后5-10年时间，SiC MOSFET将替代Si IGBT成为主流电力电子开关器件。

2.3 SiC JFET

由于SiC MOSFET结构存在的不特性，使得同样为单级性开关器件的SiC JFET（结型场效应晶体管）受到了重视，并与SBD、MOSFET率先实现了商业化。SiC JFET还具有阈值电压随温度稳定性好、高温可靠性高等优点，是目前发展较快的SiC开关器件。

然而栅极P-N结工作方式的特点对器件应用也带来了很多不利的影响，如常通型、高米勒电容（Miller Capacitor）效应、高负栅关断电压等问题。这使得SiC JFET不能直接替代Si MOSFET及IGBT，使用时需要对驱动电路作出相应的调整，以器件安全可靠的工作。

目前，SiC JFET器件已经实现一定程度的产业化，主要以Infineon、SiCED及Semisouth公司的产品为主。产品电压等级在600V、1200V、1700V，单管电流高达20A，模块电流等级达到100A以上。2013年，Rockwell 公司采用600V/SiC增强型JFET以及SiC SBD并联制作了2三相电机驱动模块，与当时的Si IGBT模块相比较，同等功率下芯片面积减少40%，同时损耗及开关过电压、过电流问题降低明显。

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