中国科学院成功验证国产高压SiC功率器件在航天电源中的应用
时间：2025-01-25 11:50
小编：小世评选
近日，中国科学院微电子研究所宣布了一项重大技术突破，成功验证了国产高压碳化硅（SiC）功率器件在航天电源系统中的应用。这一突破由刘新宇和汤益丹两位研究团队共同努力，联合中国科学院空间应用工程与技术中心的刘彦民团队，他们的研究成果搭载于天舟八号货运飞船，实现了在轨验证，代表着我国在航天领域电源技术的又一次重要进展。
功率器件是电力电子系统的核心部件，具有电能变换和控制的基础功能，因此被称为电力电子系统的“心脏”。传统的硅（Si）基功率器件虽然在广泛应用，但在一些严苛应用场合下，其性能限制逐渐显现。相比之下，碳化硅等第三代半导体材料具有更为优越的性能，如较大的禁带宽度、高的击穿场强，以及更快的饱和电子速度。这些特性使得SiC功率器件在航天电源中具有很大的应用潜力，能够显著提升电源的传输功率和能源转换效率。使用SiC材料还可以简化散热设计，降低发射成本，提高系统的载荷容量，使其功率与体积的比值提升近5倍，从而满足航天任务对高能效、小型化和轻量化的严格要求。
此次验证的SiC功率器件主要涵盖国产自研的高压抗辐射SiC二极管和MOSFET器件。中国科学院的研究表明，这些器件将在空间电源的应用中展现出卓越的性能，未来有望支撑单个电源模块的功率达到千瓦级别。这一功能的实现不仅能够应对更高能源需求的航天活动，还将对整个航天系统的电力供应方式产生深远影响。
为期一个多月的在轨加电试验显示，SiC载荷系统的数据表现正常。高压400V的SiC功率器件完成了在轨试验，所测得的静态和动态参数均符合预期，为其在实际应用中提供了坚实的实验基础。这一成功不仅标志着首款国产高压400V抗辐射SiC功率器件在航天环境中的适应性得到验证，也为未来在空间电源系统中的广泛应用奠定了基础。
航天任务对电源系统的性能要求极高，尤其是在电源的效率、稳定性和轻量化方面。传统的硅基器件在应对空间环境中的辐射、温度变化等极端条件时，常常表现出不理想的适应性。此次SiC功率器件的成功应用，意味着我国在推进航天事业发展的过程中，能够更好地应对这些挑战，实现高效、稳定的电源供应。
随着航天技术的不断发展，电源系统的升级换代势在必行。碳化硅功率器件的推广和应用，不仅有助于提升航天电源的整体效率，还能促进基础科学研究的开展，推动新一代电力电子技术的进步。未来，随着SiC功率器件技术的不断成熟和完善，其在其他领域的应用潜力也将逐步显现，例如电动车、风能、太阳能等可再生能源领域。
中国科学院在航天电源中成功验证国产高压SiC功率器件的应用，不仅是科技创新的体现，更是我国航天事业发展新里程碑的开启。通过这一技术突破，中国在全球航天领域的竞争力有望进一步增强，为国家的科技强国战略提供强有力的支持。未来，在这一技术的推动下，我国航天电源系统将实现更高效率和可靠性的同时，也为更广泛的应用前景奠定了基础。
