电力电子技术-西安交通大学课件(第5版)【王兆安】
不要走开，文末有该课件电子版资源！！！
《电力电子技术》书籍介绍：
本书是在“十一五”“十二五”普通高等教育规划教材《电力电子技术》（第5版）（王兆安、刘进军主编，机械工业出版社2009年出版，曾荣获中国机械工业科学技术二等奖，也是教育部批准的“面向21世纪课程教材”。
本书的内容包括各种电力电子器件、整流电路、逆变电路、直流-直流变流电路、交流-交流变流电路、脉宽调制及相关控制技术、软开关技术、电力电子器件的应用技术、电力电子技术的应用等。本书对电力电子技术的基本原理和基础内容进行了精选，体现了近年来新的技术发展。采用该书的西安交通大学“电力电子技术”课程是首批国家精品课程、首批国家精品资源共享课、首批一流本科课程，多家课程网站有本教材的电子资源可供选用。
本书适用于公布的普通高等学校本科专业目录中的电气类和自动化类等相关本科专业，也可供相近专业选用或供工程技术人员参考。
《电力电子技术》课件介绍：
此分享为课件资源，源于西安交通大学电力电子课件，内容较为紧凑；讲解内容包括：
第1章 绪论
第2章 电力电子器件
第3章 整流电路
第4章 逆变电路
第5章 直流直流变流电路
第6章 交流交流变流电路
第7章 PWM控制技术
第8章 软开关技术
第9章 电力电子器件应用的共性问题
第10章 电力电子技术的应用
部分节选图如下所示：
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政策扶持、车企配合叠加新架构升级 碳化硅将加速渗透
财联社（上海，记者 邱豪）讯，近期，随着众多车企纷纷宣布推出800V高压快充车型，碳化硅的热度再次升温。800V架构对碳化硅的应用究竟会带来哪些助力？碳化硅器件在新能源汽车中的应用趋势又是怎样的？
1月18日，在财联社蜂网主办的会议上，某半导体协会资深产业分析师对碳化硅领域政策进行了解读，并对行业趋势和未来发展方向进行了专业分析。专家表示，第三代半导体的战略地位显著，是推动新基建和实现“双碳”目标的关键；伴随新能源汽车对提升充电效率的旺盛需求，以及800V电压平台的批量应用，具有高耐压和低损耗特点的碳化硅器件将加速渗透。
政策持续扶持第三代半导体 助力新基建和“双碳”目标达成
按历史发展进程，半导体衬底材料可为三个代际。第一代半导体材料以硅为代表，因制备工艺成熟、自然界储备量大，目前使用仍最为广泛。而在功率器件领域，传统硅基材料逐渐接近物理极限，以碳化硅为代表的第三代半导体逐渐崭露头角。
随着我国对新型基础建设的布局展开和“双碳”目标的提出，碳化硅和氮化稼等第三代半导体的作用也愈发凸显。
“以碳化硅和氮化镓等第三代半导体材料为基础制备的电力电子器件，是新基建的关键性核心器件，如使用半绝缘型碳化硅衬底制作的氮化镓射频器件，是5G基站的核心装备之一；而在特高压输电、轨道交通、新能源汽车、大数据中心等领域，碳化硅基的肖特基二极管和MOSFET，同样发挥重要作用，”专家介绍称，“同时，第三代半导体对于建成可循环、高效、高可靠性的能源网络意义重大，可以助力实现光伏、风电、直流特高压输电、新能源汽车、工业电源、机车牵引、消费电源等领域电能的高效转换，推动能源绿色低碳发展。”
政策方面，国家重点研发计划也在持续支持第三代半导体产业的发展。“十三五”期间，国家重点研发计划项目部署涵盖了电力电子、微波射频和光电子三个大方向，紧贴产业发展实际需求和进程，对新能源汽车应用、电网应用等多个领域发挥了引导作用。在2020年科技部发布的年度重点研发计划部署安排中，包括“功率碳化硅芯片和器件在移动储能装置中的应用”，“新一代碳化硅电力电子器件共性技术标准研究”等多个立项项目均与第三代半导体相关。
“随着碳化硅等宽禁带半导体的发展被写入‘十四五’规划和2035远景目标纲要，我们预计在‘十四五’规划期间，各个地方政府也会相继出台相关鼓励政策，在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面，大力支持发展第三代半导体产业，以实现产业的独立自主。”该专家表示。
新能源汽车为最佳应用场景 800V架构将加速碳化硅渗透
目前主要的第三代半导体器件包括应用于射频领域的氮化稼器件、应用于电力电子功率领域的碳化硅器件等，其中又以碳化硅功率器件的未来空间最广。2018年，随着特斯拉在其Model 3车型中对碳化硅器件的成功应用，示范效应迅速放大，使得新能源汽车市场很快成为碳化硅兴起的源泉，相关市场的产值快速崛起。根据第三方市调机构TrendForce集邦咨询数据，2020年碳化硅功率器件的市场规模约为6.7亿美元，预计2025年将达到33.9亿美元，年复合增长率为38%。
新能源汽车系统架构中涉及的功率半导体组件主要包括电驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（DC/DC）以及非车载的充电桩。在这些领域，碳化硅器件可以承受更高电压、提升充电速度和电能转换效率，从而增加电动汽车的续航里程。
“比如在电驱动系统中，传统的方式是采用硅基的IGBT，而碳化硅器件可以有效降低10%的能量损耗，同时减少80%的体积，有助于新能源汽车的轻量化和车内的布局。”专家解释称。
当下，续航里程和充电速度仍是制约新能源汽车普及的较大短板。目前车企的解决方案有两种，一是提升电池容量，另一个是提高充电效率。
“提升电池容量是能够缓解里程焦虑的，但电池是电动汽车价值量最高的部件，电池容量的提升势必会导致边际成本和整车重量增加，消费者的购车成本及后续使用中的整车功耗会随之增加，因而这个方案并不是非常完美。”专家表示，对于提升充电效率而言，可以通过提升电流或者电压的方式，但电流提升会导致电气系统发热加剧，从而对电动车散热提出更高要求，所以高压快充成为目前业内的最优解。
2019年，保时捷在全球首次推出800V的高压电气架构，搭载800V直流快充系统，支持350千瓦大功率快充。2021年之后，高压快充路线受到了越来越多主机厂的青睐，韩国现代、起亚等国际巨头先后发布了800V平台，国内比亚迪、长城、广汽、小鹏、东风等主机厂也相继跟进。
“目前电动车的电压水平普遍在200~400V，如果提升到800V，意味着电动车所有的高压元器件以及管理系统都要提高标准，”该专家表示，“传统硅基的IGBT通常适应的高压平台在600~700V左右，如果母线电压提升到800V，对应的功率器件耐压需要提高到1200V，所以在高压条件下，碳化硅会成为必然选择，而随着各大厂商相继推出800V的高压平台，碳化硅的产业化发展势必将得到很大的推动。”
衬底产能仍是制约瓶颈 爆发时点或在2023-2025年
上有支持政策，下有旺盛需求，然而整个碳化硅产业的发展目前仍处于起步阶段，那么制约其爆发的瓶颈何在？该专家认为，主要原因在于碳化硅尤其是衬底环节的技术壁垒较高，产能释放有待时间。
“从成本拆分角度来讲，碳化硅衬底成本约占到器件总成本的50%左右，衬底制备对技术要求比较高，行业准入门槛也高。”上述专家表示，晶体生长速度慢、生长过程难控、材料硬度高等原因，导致目前碳化硅衬底的制备良率和成本，相较于硅仍有不小的差距。
“以长晶速度为例，目前大部分厂商采用的都是气相传输（PVT）法，一周左右晶体只能生长大约两厘米的厚度，相比来说，硅棒2~3天就可以达到两米左右。所以碳化硅的生长速度比较缓慢，时间成本就比较高。”专家说道。
尽管Wolfspeed、II-VI等海外龙头扩产积极，国内也有许多碳化硅项目上马，专家认为，短期内制约第三代半导体快速应用的瓶颈仍将是衬底的产能不足。
“目前全球碳化硅的产能还远远不够，可能仅够特斯拉一家车企采用。尽管有许多公司在积极扩产，但产能释放还需要一定时间，”该专家表示，“个人预计大规模的爆发可能在2023年到2025年这个时间段，届时在高压平台领域会有更多玩家进入，碳化硅的产能也相应开出，所以可能会迎来爆发。”
本文源自财联社
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