Filtre harmonique actif Sic de YT

Passer d'une technologie conventionnelle à base de silicium à une technologie à base de silicium Filtre harmonique actif à un utilisant MOSFETs en carbure de silicium (SiC) représente un bond technologique majeur, et le système de refroidissement est directement impacté.

Voici un aperçu détaillé du système de refroidissement d'un Filtre harmonique actif en SiC , soulignant en quoi il diffère des AHF traditionnels à base d'IGBT.

L'avantage principal : pourquoi le SiC change la donne

Le carbure de silicium est un semi-conducteur à large bande interdite présentant des propriétés matérielles supérieures à celles du silicium. Pour un AHF, cela se traduit par trois avantages clés qui influent directement sur la gestion thermique :

1. Fréquences de commutation plus élevées : Les MOSFET en SiC peuvent commuter beaucoup plus rapidement que les IGBT. Ceci permet une reconstruction plus précise du courant « anti-harmonique », améliorant ainsi les performances, notamment pour les harmoniques d'ordre élevé.

2. Réduction des pertes de commutation : L'impact le plus significatif concerne le refroidissement. La commutation rapide des dispositifs SiC génère moins de chaleur lors de chaque transition.

3. Températures de fonctionnement plus élevées : Les semi-conducteurs en SiC peuvent théoriquement fonctionner à des températures de jonction allant jusqu'à 200 °C, voire plus, contre une limite typique de 150 °C pour les IGBT en silicium. Ceci offre une marge de sécurité plus importante.

Impact sur le système de refroidissement

Grâce aux avantages mentionnés ci-dessus, la conception thermique d'un AHF en SiC devient plus simple, plus efficace et plus fiable.

1. Réduction de la charge thermique

L'effet principal est que Un dissipateur thermique SiC AHF génère moins de chaleur pour une même puissance de sortie. La réduction des pertes par commutation et par conduction signifie qu'il y a tout simplement moins d'énergie thermique à évacuer.

Résultat: Le système de refroidissement peut être plus petit, plus silencieux et moins puissant pour une même valeur AHF.

2. Évolution des méthodes de refroidissement

• Le refroidissement par air pulsé devient plus viable pour les puissances élevées :

  • Un AHF SiC de 100 A peut être refroidi par air sans problème, tandis qu'un AHF IGBT en silicium de 100 A peut atteindre les limites du refroidissement par air, nécessitant un ensemble de ventilateurs plus grand et plus bruyant.

  • La réduction de la charge thermique permet aux ventilateurs de fonctionner plus lentement, ce qui entraîne : fonctionnement plus silencieux et une durée de vie du ventilateur prolongée. Les dissipateurs thermiques peuvent également être plus petits.

• Le refroidissement liquide devient davantage une question de densité de puissance que de nécessité :

  • Pour les puissances les plus élevées (par exemple, > 300 A), le refroidissement liquide est toujours utilisé, mais le circuit de commande est désormais souvent… densité de puissance extrême .

  • Un AHF en SiC refroidi par liquide peut être rendu beaucoup plus compact que son homologue en silicium, car le flux thermique plus faible permet d'utiliser une plaque de refroidissement liquide et un échangeur de chaleur plus petits.

3. Fiabilité et durée de vie accrues

La chaleur est le principal ennemi des composants électroniques. En générant moins de chaleur et en résistant à des températures plus élevées, les transistors SiC AHF subissent moins de contraintes thermiques.

• Condensateurs électrolytiques : Ces composants sont très sensibles à la chaleur. L'environnement interne plus froid d'un AHF en SiC prolonge considérablement la durée de vie de ces composants critiques (et souvent limitants pour la durée de vie).

• Semiconducteurs : Un fonctionnement à une température inférieure à leur température nominale maximale améliore considérablement la fiabilité à long terme des MOSFET SiC eux-mêmes.

• Ventilateurs (dans les unités refroidies par air) : Avec une charge thermique plus faible, les ventilateurs fonctionnent plus lentement et pendant des durées plus courtes, augmentant ainsi leur temps moyen entre les pannes (MTBF).

Comparaison : IGBT en silicium vs MOSFET SiC Refroidissement AHF

Implications pratiques et avantages pour l'utilisateur

1. Empreinte au sol réduite : On peut obtenir les mêmes performances de filtrage harmonique avec un boîtier physiquement plus petit, car le système de refroidissement est moins encombrant.

2. Efficacité accrue : Moins d'énergie est dissipée sous forme de chaleur, ce qui réduit la consommation électrique du dissipateur thermique en carbure de silicium (SiC AHF) et améliore ainsi le rendement global du système. Un dissipateur thermique en SiC AHF classique peut être de 1 à 3 % plus efficace qu'un dissipateur en silicium.

3. Maintenance réduite : Grâce à une moindre production de chaleur et à des ventilateurs tournant plus lentement (sur les modèles refroidis par air), les intervalles d'entretien peuvent être plus longs. Les filtres à air risquent de s'encrasser moins rapidement.

4. Risque d'indisponibilité réduit : La fiabilité intrinsèque et la robustesse thermique supérieures du système SiC réduisent le risque d'arrêts ou de pannes thermiques inattendus.

L'adoption de La technologie du carbure de silicium simplifie fondamentalement le défi du refroidissement dans les filtres harmoniques actifs. Bien que les méthodes de refroidissement (air ou liquide) restent les mêmes, les systèmes sont Moins de stress, plus d'efficacité et plus de fiabilité.

Lors du choix d'un nouveau convertisseur AHF, opter pour un modèle à base de SiC ne se résume pas à de meilleures performances électriques ; c'est aussi choisir un système plus robuste, plus compact et nécessitant moins d'entretien, avec une durée de vie opérationnelle plus longue, en grande partie grâce à ses caractéristiques thermiques supérieures.