牛 闯

(中车长春轨道客车股份有限公司，130062，长春∥高级工程师)

0 引言

充电机是城市轨道交通列车的重要组成部分，在正常工作情况下，为车载蓄电池充电；在紧急情况下，可为控制电路、应急照明等设备提供不间断的能源供应；同时列车的日常运行中，还为整列车的直流负载提供能源[2-3]。

硅基功率半导体器件在电力电子领域一直占据着主导地位。但是，由于硅材料本身的局限性，以及硅材料器件的制备与加工工艺的日益完善与不断优化，硅材料器件性能已逐渐接近了硅材料本身的应用极限，未来的发展潜力也越来越小，已经无法满足人们对电能的要求[4]。与传统的硅基半导体材料相比，新型的碳化硅半导体材料为宽禁带半导体，具有高临界电场、低导通电阻以及高导热率等优势。宽禁带(是硅的2～3倍)提高了功率半导体器件的工作温度和可靠性；高击穿场强(是硅的10倍)提高了功率半导体器件的耐压，减小了功率半导体器件的尺寸；高热导率(是硅的3倍)提高了功率半导体器件的功率密度；高饱和电子漂移速度(是硅的2倍)提高了功率半导体器件的开关频率；其较强的抗辐射能力，更适合在强辐射环境中使用[9]。将碳化硅功率半导体器件的应用于充电机中，可以有效提高开关频率，降低输出电压纹波，减小充电机体积，提高功率密度[5]。Si(硅)和SiC(碳化硅)的性能对比如表1所示。

表1 Si和和SiC性能对比表

本文通过理论分析得出充电机中碳化硅器件的损耗模型，通过PLECS软件进行仿真，最后通过搭建碳化硅充电机平台进行损耗试验，将试验值、计算值、仿真值进行对比验证。……