碳化硅功率器件在航天電子產(chǎn)品中的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著全球氣候變暖，“低碳”變成了當(dāng)今社會(huì)的熱門詞語，“低碳經(jīng)濟(jì)”、“低碳生活方式”，甚至連最熱門的房地產(chǎn)行業(yè)最近也推出了“低碳樓盤”。而歸根到底，“低碳”的本質(zhì)就是降低能耗，減少二氧化碳的排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，60%~70%的電能是在低能耗系統(tǒng)中使用的，而絕大多數(shù)是消耗于電力變換和電力驅(qū)動(dòng)。而提高電力利用效率中，起關(guān)鍵作用的是功率器件，因此如何降低功率器件的能耗已成為全球性的重要課題。

在航天電子產(chǎn)品中，電子設(shè)備的功耗、體積和重量比地面設(shè)備更加重要，有時(shí)甚至是衡量該產(chǎn)品的主要指標(biāo)。

碳化硅（SiC）功率器件耐高溫、抗輻射、具有較高的擊穿電壓和工作頻率，適于在惡劣條件下工作，特別是與傳統(tǒng)的硅（Si）功率器件相比，碳化硅功率器件可將功耗降低一半，因此可大幅度降低開關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等電路的熱耗、體積和重量。

雖然，碳化硅功率器件在近幾年才向市場(chǎng)推廣，但目前已應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車設(shè)備中，正因其在很多方面具有普通硅功率器件無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，把碳化硅功率器件向航天電子產(chǎn)品中推廣就具有了很重要的實(shí)際意義。

碳化硅功率器件在航天電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

根據(jù)上述分析，結(jié)合航天軍工實(shí)際，碳化硅功率器件在航天電子產(chǎn)品中的應(yīng)用主要集中在下面幾個(gè)領(lǐng)域。

1. 彈/箭上開關(guān)電源和衛(wèi)星/飛船上的太陽能電源系統(tǒng)

在開關(guān)電源系統(tǒng)中，二極管一般被用作整流、續(xù)流保護(hù)等。用做整流時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)?a target="_blank">整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間過長，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率降低，發(fā)熱增加。雖然使用肖特基二極管可解決反向恢復(fù)問題，但普通硅（Si）肖特基二極管的擊穿電壓很低（通常低于200V），再加上降額設(shè)計(jì)，不適合高壓應(yīng)用。而用碳化硅（SiC）制作的肖特基二極管耐壓可達(dá)1200V，反向恢復(fù)電流幾乎可忽略不計(jì)，因而能大大減小器件的開關(guān)損耗，同時(shí)，還可簡(jiǎn)化開關(guān)電源電路中的保護(hù)電路，圖2是Cree公司提供的使用碳化硅肖特基二極管后對(duì)Boost型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源的簡(jiǎn)化。

2. 彈/箭上無刷直流電機(jī)或電動(dòng)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)器

目前，彈/箭上使用的無刷直流電機(jī)或電動(dòng)舵機(jī)的功率日趨增加，對(duì)于無刷直流電機(jī)或電動(dòng)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)器來說，因彈/箭上電池電壓的限制，只有提升電流才能輸出足夠的功率。而大的電流帶來了更大的耗散功率和發(fā)熱量，這就會(huì)增加驅(qū)動(dòng)器的體積、重量，無形中就增加了彈/箭的無效載荷，縮短了射程。

碳化硅肖特基二極管所具有的耐高溫、反向恢復(fù)電流為零的特性，可極大地提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的性能，減小耗散功率、體積和重量，提高產(chǎn)品的可靠性。

另外，當(dāng)SiC MOSFET制作工藝成熟后，如能替代當(dāng)前使用的開關(guān)功率器件，因其高溫性能卓著，還可進(jìn)一步降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的體積和重量。

3. SiC MESFET在星載/機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

SiC MESFET主要應(yīng)用于微波領(lǐng)域，非常適合在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中使用；使用它可顯著提高雷達(dá)發(fā)射機(jī)的輸出功率和功率密度，提高工作頻率和工作頻帶寬度，提高雷達(dá)發(fā)射機(jī)的環(huán)境溫度適應(yīng)性，提高抗輻射能力。

和普通硅（Si）功率器件相比，碳化硅（SiC）功率器件所具有的優(yōu)勢(shì)非常明顯。雖然碳化硅功率器件的市場(chǎng)化推廣還處于起步階段，但其應(yīng)用前景廣大，發(fā)展速度迅猛，在“低碳”經(jīng)濟(jì)理念的推動(dòng)下，必將加快其發(fā)展步伐。航天電子產(chǎn)品對(duì)其重量、體積、功耗和抗輻射程度都有嚴(yán)格的要求，碳化硅功率器件的出現(xiàn)及進(jìn)一步推廣，必將對(duì)今后航天電子產(chǎn)品的開發(fā)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。