Power Stacks Simplify Marine Electric Power System Construction

By SEMIKRON

和许多其他领域一样，海洋应用必须应对环境法规的要求。电力电子是优化能源管理的一项关键技术，为电动机、发电机、电池存储和岸电电源的运行提供了所有的转换方式。复杂的电力电子系统往往是AC / DC、DC / AC、DC / DC、AC / AC转换单元之间的互连。虽然这在系统一级给出了很好的概览，但它隐藏了很多变流器设计人员必须处理的技术问题。如今，变流器的设计仍然由专家来完成。尽管如此，功率组件（基本电力电子功能）的出现是朝着系统结构方向迈出的一步。在海洋应用中出现复杂的电气架构将提升对高可靠性和易维护性的电源变流器的需求。

从器件到变流器

构建一个大功率变流器一直都是在可用的功率半导体开关、变流器拓扑结构和系统需求之间寻求折衷。经常有不同的技术解决方案可以实现目标，特别是处理大功率变流器的时候。

功率半导体制造商都在寻找具有高电压、大电流并且损耗低的完美开关。这项寻找任务由半导体材料和工艺的改进（硅基可控硅、GTO、Mosfet、IGBT、IGCT）来引领，但也可以通过采用多个组件或开关的变流器拓扑结构来实现。变流器中功率器件的实施变得更加复杂，因为系统对于寿命、可靠性、EMI和成本的要求越来越严格。如今，新材料的出现，如碳化硅，将肯定会改变变流器和电源系统的设计方式。然而电力电子技术的基础仍将会保留，而且还会发现一个新的权衡。

如今，IGBT已在工业应用中很好地立足。600V到6500V的产品涵盖低压和中压应用。1200V等级的产品在工业电机驱动器领域取得成功后，风电市场又将其推向了1700V等级，在耐用性方面提高了芯片的性能并减少损耗。

功率组件

变流器的基本结构是半桥。它可以是一个功率模块（晶体管和二极管）或者是一个包含驱动器、传感器和集成在单个器件中的保护功能的IPM。来自赛米控的IPM，SKiiP，还包括自己的冷却系统（图1）。完整的功率器件被设计和优化成可实现高级别的循环能力（意味着使用寿命更长）和出色的可靠性。集成驱动器所集成的传感器给予贴身的保护，在系统级增加了可靠性。原边与副边之间设计了绝缘，经测试，绝缘能力超过了工业绝缘的要求（局部放电）。