0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

通过转移到SiC威廉希尔官方网站 来获得暖通空调更佳的SEER等级

jf_pJlTbmA9 来源:贸泽电子Mark Patrick 作者:贸泽电子Mark Patr 2023-11-28 16:56 次阅读

作者:贸泽电子Mark Patrick

由于能源价格在过去12个月中大幅攀升,无论是企业还是消费者都开始感到巨大压力。在欧洲,2020年至 2021[1]期间,天然气价格上涨了47%。以德国为例,六分之一的发电量依赖天然气。而在美国,五分之二的电力来自于天然气发电。在欧盟[2] ,各种空间和工业供暖消耗了约75%的能源,而制冷需求则占美国总电能消耗的10%[3],因此,对更高效热泵和空调解决方案的需求日益受到关注。

随着许多国家禁止使用化石燃料燃烧设备,新建筑必须安装电力暖通空调(HVAC)系统。为了确保这些建筑采用已有的最佳威廉希尔官方网站 ,欧洲、北美和中国制定了热泵和空调的能效标准。北美的SEER和欧盟的ESEER确定了(欧洲)季节能效比。该评级代表了输出致冷与输入电能的比率(BTU/瓦特),适应于季节性室外温度。这样能够更好地理解该评级,从SEER 9升级到SEER 13系统可降低30%的功耗。SCOP等级(季节性能系数)适用于加热装置。

暖通空调基本实

无论是空调还是热泵,HVAC设备都具有基本相同的电气构造模块。它们由交流电源供电,需要AC-DC功率因数校正(PFC)模块,然后是DC-AC逆变器以便为所选电机供电(图1)。几十年来,硅功率半导体器件一直是此类系统的首选组件,通常选择IGBTMOSFET来构建功率转换器模块。但是,由于大多数功率设计的效率通常都要求在95%以上,因此使用硅器件实现更高效率的途径变得越来越局限。

wKgaomVdf8OALcmqAACT32aYIvQ230.png

图1:空调机组和热泵的基本电气实施

为了解决这一问题,设计工程师越来越多地转向碳化硅(SiC)器件。宽带隙(WBG)威廉希尔官方网站 能够提供更高的效率、开关频率和设计密度,并且具有更佳的总体性能。通过采用自下而上的设计方法,分阶段或一次性地转移到SiC,可以逐步获得这些优势。

采用SiC所能够实现的效率改进

SiC带来的第一个变化是在PFC。在连续传导模式(CCM)升压转换器中,硬换向升压二极管通常是超快型。然而,由于其反向恢复特性,特别是当开关频率和功率密度提高时,该组件是功率损耗的来源之一。如果改用Wolfspeed 650 V C6D系列SiC肖特基二极管[4] ,可显著降低这些开关损耗(参见图2)。此外,残存的功率损耗随温度或电流的变化达到最小。因此,对于以5kHz驱动马达的4kW压缩机设计,可获得约1.5%的效率提高,相当于功耗减少60W。

下一个是优化出现在DC-AC逆变器,可用合适的SiC MOSFET器件来取代硅IGBT。Wolfspeed的650V C3M系列SiC MOSFET[5] 可提供显著的效率改进,导通和关断特性损耗达到更低,并且由于导通电阻的改进,使导通损耗更低。在相同的应用条件下,这可以带来约2.2%的效率提高,相当于节省86W功率。如果综合考虑采用SiC肖特基二极管带来的效率改进,总体系统效率提高达到3.6%,即减少146W的损耗。就SEER等级而言,这相当于提高了½SEER。

wKgZomVdf8SAZJgRAAHb-4qr8h0901.png

图2:用SiC器件替换快速二极管可实现约1.5%的效率提高。此外,将IGBT改换为SiC MOSFET将使总体效率提高3.6%

新功率开关意味着新拓扑架构

当然,在现有设计中简单地用SiC器件来替换硅开关并不能实现这些令人兴奋新WBG威廉希尔官方网站 的全部潜力。在高于5kHz的开关频率下,基于IGBT的设计其效率会降低。在PFC中,应考虑充分利用SiC特性改进以获得最佳效果的新拓扑架构。最具成本效益的PFC拓扑之一是半桥图腾柱(参见图3),其中仅用两个SiC MOSFET和一对PIN二极管来实现,可提供优异的功率密度和高达98.9%的效率。与全桥替代方案相比,其唯一的问题是轻负载效率略低。

无桥图腾柱PFC需要四个SiC MOSFET,但转换效率高达99.2%。然而,这一优势必须与增大的设计复杂性和更高的总体物料清单(BOM)成本进行权衡。

wKgaomVdf8WAb-f5AAEnmLHgWEI046.png

图3:改变PFC拓扑架构可以充分利用SiC威廉希尔官方网站 的优势

用SiC开始设计

当从硅器件转向SiC时,功率系统设计师需要花时间更好地了解这些威廉希尔官方网站 。由于SiC器件具有在较高频率下开关的能力、较低的恢复特性以及相对于温度的稳定性,必须在受控参考应用中操作开关,以准确了解其工作方式。为了支持这一点,Wolfspeed可提供降压/升压评估板[6] (KIT-CRD-3DD065P),它具有采用To-247-4封装的两个C3M(C3M0060065K)MOSFET和一个300µH电感器(参见图4),该评估板可在降压或升压模式下工作,输入和输出电压高达450 VDC,功率高达2.5 kW。如果选择其它适用的电感器,则非常适合在高达100 kHz或更高频率下测量时序、过冲和开关损耗。该套件还配备有设计文件,如BOM和原理图,以及指导设计师的快速入门视频

wKgZomVdf8eAD8C6AAMPRdXcbj0786.png

图4:降压/升压评估板(KIT-CRD-3DD065P)使功率系统设计师能够将SiC MOSFET快速纳入他们的工作

半桥图腾柱AC-DC拓扑(CRD-02AD065N)也可进行类似评估,它设计用于180VAC至264VAC输入,可在高达2.2kW时提供385VDC输出。这种高效率、80+钛合金设计采用同样的C3M0060065K分立SiC MOSFET,同时具有开尔文连接,以克服封装的寄生效应。该转换器工作在65 kHz,功率因数>.98,峰值效率为98.5%。

SiC:通往更高效HVAC的最佳路径

作为SiC MOSFET的发明者,Wolfspeed三十多年来一直在开发这项威廉希尔官方网站 。在此期间,SiC已在该领域积累了超过7万亿小时的运行时间。凭借对WBG威廉希尔官方网站 的坚定承诺,到2024年,对相应制造设施的投资将使产能增加30倍。因此,随着能源价格上涨,暖通空调制造商更加重视SiC,以实现超越硅IGBT和MOSFET的更高效率,设计师和他们的采购团队现在可以轻松应对。

由于市场对持续上涨的能源成本和可用半导体威廉希尔官方网站 的担忧,这一点至关重要。消费者和商业买家都非常关注运营成本,在寻找新的或替代加热和制冷设备时会参考效率标签。改用SiC可以使现有设计增加半个SEER等级,而且通过进行完全重新设计,充分利用SiC的优势,所能够实现的改进可能会更加显著。随着已经能够提供广泛的评估平台,从各个层面分析,功率系统设计师都应该率先开始转向SiC,以便在激烈的市场竞争之前获得更多优势。

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • SiC
    SiC
    +关注

    关注

    29

    文章

    2806

    浏览量

    62608
  • AC-DC
    +关注

    关注

    11

    文章

    321

    浏览量

    34254
  • 暖通空调
    +关注

    关注

    0

    文章

    19

    浏览量

    8720
  • HVAC
    +关注

    关注

    0

    文章

    68

    浏览量

    19736
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    CSP LED切割前如何转移到UV膜上

    倒装芯片底部与高温胶膜接触,封装后如何将芯片底部与高温膜分离,然后转移到UV膜上?
    发表于 10-29 23:23

    今日看点丨谷歌明年将把Tensor G5生产转移到台积电;京东方推出新型OLED面板原型

    1. 传三星3 纳米良率20% 谷歌明年将把Tensor G5 生产转移到台积电   据业内人士9月13日透露,谷歌明年将移动应用处理器的生产从三星电子转向台积电的可能性越来越大。明年发布的谷歌
    发表于 09-14 11:10 468次阅读

    空调监控管理系统

    ,智能化威廉希尔官方网站 的融入彻底改变了这一现状,提升居住体验,也为绿色建筑和可持续发展贡献力量。 基本原理 空调监控管理系统,通过物联网、大数据分析、边缘计算等
    的头像 发表于 08-14 16:47 223次阅读

    豪威自研系统基础芯片获C&S CAN SIC等级认证

    里程碑式的产品不仅标志着中国汽车电子威廉希尔官方网站 的重大突破,更以其卓越的性能顺利通过了德国权威机构C&S实验室的CAN SIC等级互操作兼容性认证,成为国内首个获此殊荣的SBC产品。
    的头像 发表于 07-26 16:14 443次阅读

    博世集团计划收购江森自控和日立旗下家用和轻型商用空调业务

    全球威廉希尔官方网站 和服务供应商博世将通过战略收购持续推动业务增长。博世集团计划收购江森自控全球家用和轻型商用空调业务,并将其纳入能源与建筑威廉希尔官方网站 业务
    的头像 发表于 07-24 14:47 623次阅读

    空调能效监控管理系统解决方案

    随着我国城市化水平和居民消费水平的快速提高,建筑能耗在城市能耗中所占比例也不断增加,建筑节能的重要性更不言而喻。其中,空调作为建筑设计中的重要一环,其能耗占建筑总能耗高达40%-60%,带来较高
    的头像 发表于 07-15 13:50 335次阅读
    <b class='flag-5'>暖</b>通<b class='flag-5'>空调</b>能效监控管理系统解决方案

    如何将PSoC4000部件的设计过渡到PSoC4000T部件?

    英飞凌提供哪些支持,帮助客户将现有 PSoC 设计转移到新产品中? 如何将 PSoC4000 部件的设计过渡到 PSoC4000T 部件? PSoC4000 部件仅支持 PSoC Creator
    发表于 05-29 06:35

    如何用加载分散法将软件中部分变量从内部RAM转移到外部RAM?

    如何用加载分散法将软件中部分变量从内部RAM转移到外部RAM, 加载分散法文件怎么设置?堆和栈需要设置吗?
    发表于 05-10 07:52

    马斯克访华:将讨论FSD在华落地并争取数据转移许可

    两位知情人士透露,他将与中国政府高层官员商讨自动驾驶软件FSD在华实施可能性及相关数据跨境转移问题。据悉,马斯克希望通过此次访问获得将其在华所采集汽车数据转移到境外用于自动驾驶算法训练
    的头像 发表于 04-28 14:45 884次阅读

    医院空调能耗大?可以采取这几项节能措施

    在医院,空调供应时间长、供热供冷和通风需求量大,用能系统多且运行时间长,其能耗远高于一般公共建筑。根据医院实际能耗测量数据,空调系统占到了医院总能耗的60%以上,因此如何在保证患者舒适度、满意度
    的头像 发表于 04-23 11:38 294次阅读
    医院<b class='flag-5'>暖</b>通<b class='flag-5'>空调</b>能耗大?可以采取这几项节能措施

    SPC570S如何通过DMA将不具有etimer功能的Pin脚实现PWM功能?

    我现在使用SPC570S50E1CEFAR芯片,现在想将几个pin脚IO输出改为PWM输出,但是发现没有etimer功能,请问能否通过DMA将其它Pin的PWM输出转移到目标Pin呢?如何实现呢?
    发表于 03-29 07:30

    空调制热原理简单说明 空调制热开辅热和不开辅热的区别

    空调制热原理简单说明: 空调制热是利用空调系统中的制冷循环实现的。制冷循环是根据热力学原理,通过改变制冷剂的状态变化,将室内热量
    的头像 发表于 02-04 15:08 1174次阅读

    楼宇通转换网关BA108 各种空调协议 To BACnet 网关产品介绍

    电子发烧友网站提供《楼宇通转换网关BA108 各种空调协议 To BACnet 网关产品介绍.pdf》资料免费下载
    发表于 01-26 14:23 0次下载

    空调系统中温湿度的监测

    空调系统的定义空调是具有采暖、通风和空气调节三大功能的空调系统,亦称为HVAC(heating,ventilatingandairc
    的头像 发表于 01-26 14:05 502次阅读
    <b class='flag-5'>暖</b>通<b class='flag-5'>空调</b>系统中温湿度的监测

    空调节能降耗物联网系统解决方案

    随着科技的飞速发展,人们对于生活质量的要求也在不断提高。在现代建筑中,空调系统已成为人们生活中不可或缺的一部分,能够创造舒适的环境。然而,全天候运行空调系统带来较大的能源负担与
    的头像 发表于 01-24 16:05 535次阅读
    <b class='flag-5'>暖</b>通<b class='flag-5'>空调</b>节能降耗物联网系统解决方案