Filtro activo de armónicos SIC de YT

Pasando de una tecnología convencional basada en silicio Filtro armónico activo a uno que usa MOSFET de carburo de silicio (SiC) representa un importante salto tecnológico, y el sistema de refrigeración se ve directamente afectado.

Aquí tenéis un análisis detallado del sistema de refrigeración de un Filtro activo de armónicos de SiC , destacando cómo difiere de los AHF tradicionales basados en IGBT.

La ventaja clave: Por qué SiC cambia las reglas del juego

El carburo de silicio es un semiconductor de banda prohibida ancha con propiedades superiores a las del silicio. Para un AHF, esto se traduce en tres ventajas clave que influyen directamente en la gestión térmica:

1. Frecuencias de conmutación más altas: Los MOSFET de SiC pueden conmutar mucho más rápido que los IGBT. Esto permite una reconstrucción más precisa de la corriente "antiarmónica", mejorando el rendimiento, especialmente para armónicos de orden superior.

2. Menores pérdidas por conmutación: El impacto más significativo se observa en la refrigeración. La rápida conmutación de los dispositivos de SiC genera menos calor durante cada transición.

3. Temperaturas de funcionamiento más elevadas: Los semiconductores de SiC pueden operar teóricamente a temperaturas de unión de hasta 200 °C o más, en comparación con el límite típico de 150 °C para los IGBT de silicio. Esto proporciona un mayor margen de seguridad.

Impacto en el sistema de refrigeración

Gracias a las ventajas mencionadas anteriormente, el diseño térmico de un AHF de SiC se vuelve más simple, más eficiente y más confiable.

1. Carga térmica reducida

El efecto principal es que Un AHF de SiC genera menos calor para la misma potencia de salida. Las menores pérdidas por conmutación y conducción significan que simplemente hay menos energía térmica que eliminar.

Resultado: El sistema de refrigeración puede ser más pequeño, más silencioso y menos potente para la misma clasificación AHF.

2. Evolución del método de enfriamiento

• La refrigeración por aire forzado se vuelve más viable para potencias más elevadas:

  • Un AHF de SiC de 100 A podría refrigerarse cómodamente por aire, mientras que un AHF de IGBT de silicio de 100 A podría estar llevando al límite la refrigeración por aire, requiriendo un conjunto de ventilador más grande y ruidoso.

  • La menor carga térmica permite que los ventiladores funcionen más despacio, lo que conlleva a funcionamiento más silencioso y una mayor vida útil del ventilador. Los disipadores de calor también pueden ser más pequeños.

• La refrigeración líquida se centra más en la densidad de potencia que en la necesidad:

  • Para las potencias más altas (p. ej., >300 A), todavía se utiliza la refrigeración líquida, pero ahora el controlador suele ser densidad de potencia extrema .

  • Un disipador de calor de aluminio (AHF) de SiC refrigerado por líquido puede ser significativamente más compacto que su homólogo de silicio porque el menor flujo de calor permite una placa de refrigeración líquida y un intercambiador de calor más pequeños.

3. Mayor fiabilidad y vida útil

El calor es el principal enemigo de la electrónica. Al generar menos calor y ser capaces de soportar temperaturas más altas, los AHF de SiC experimentan menor estrés térmico.

• Condensadores electrolíticos: Estos componentes son muy sensibles al calor. El ambiente interno más frío de un AHF de SiC prolonga significativamente la vida útil de estos componentes críticos (y a menudo limitantes de la vida útil).

• Semiconductores: El funcionamiento a una temperatura inferior a su temperatura máxima nominal mejora considerablemente la fiabilidad a largo plazo de los propios MOSFET de SiC.

• Ventiladores (en unidades refrigeradas por aire): Con una menor carga térmica, los ventiladores funcionan más despacio y durante períodos más cortos, lo que aumenta su tiempo medio entre fallos (MTBF).

Comparación: Refrigeración AHF del IGBT de silicio frente al MOSFET de SiC

Implicaciones prácticas y beneficios para el usuario

1. Menor huella ambiental: Se puede obtener el mismo rendimiento de filtrado armónico con una carcasa físicamente más pequeña porque el sistema de refrigeración es menos voluminoso.

2. Mayor eficiencia: Se desperdicia menos energía en forma de calor, por lo que el propio AHF de SiC consume menos energía, mejorando así la eficiencia general del sistema. Un AHF de SiC típico puede ser entre un 1 % y un 3 % más eficiente que uno de silicio.

3. Mantenimiento reducido: Con menos calor y ventiladores que giran a menor velocidad (en los modelos refrigerados por aire), los intervalos de mantenimiento pueden ser más largos. Los filtros de aire pueden no obstruirse tan rápidamente.

4. Riesgo reducido de tiempo de inactividad: La mayor fiabilidad intrínseca y robustez térmica del sistema SiC reducen el riesgo de paradas o fallos térmicos inesperados.

La adopción de La tecnología de carburo de silicio simplifica fundamentalmente el desafío de la refrigeración. en filtros activos de armónicos. Si bien los métodos de refrigeración (aire o líquido) siguen siendo los mismos, los sistemas son Menos estrés, más eficiencia y mayor fiabilidad.

Al especificar un nuevo AHF, elegir un modelo basado en SiC no se trata solo de un mejor rendimiento eléctrico; también es una opción para un sistema más robusto, compacto y de menor mantenimiento con una vida útil más larga, debido en gran parte a sus características térmicas superiores.