碳化硅的發展趨勢及其在儲能系統（ESS）中的應用介紹

　　與傳統的硅（Si）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和其他技術相比，碳化硅（SiC）技術具有更多優勢，包括更高的開關頻率、更低的工作溫度、更高的電流和電壓容量以及更低的損耗，從而提高功率密度、可靠性和效率。本文將介紹碳化硅的發展趨勢及其在儲能系統（ESS）中的應用。

　　大大降低儲能系統成本并提高效率的SiC技術

　　SiC已成為一項成熟的技術，正在工業，能源和汽車領域的許多應用中改變電力行業，從瓦特到兆瓦。由于SiC器件在較低的溫度和更小的磁性器件下工作，因此熱管理和電源組件現在變得越來越小、更輕、更便宜，從而降低了總BOM成本，同時也實現了更小的占地面積。

　　隨著SiC技術的快速發展，SiC解決方案也已廣泛應用于供電系統，特別是在儲能系統（ESS）應用中，如電動汽車充電系統和具有電池儲能的太陽能系統。這些系統中的DC/DC升壓轉換器、雙向逆變器（用于AC/DC和DC/AC轉換）和電池充電電路都可以從SiC技術中受益，從而使系統效率提高3%，功率密度提高50%，并減小無源元件的尺寸和成本。

　　典型的ESS架構，具有電源（光伏）、DC/DC轉換器、電池充電器和逆變器，用于將能量輸送到家庭或返回電網。所有三個電源模塊均采用SiC技術，從而提高效率、尺寸、重量和成本。

　　例如，在將ESS中收集的能量轉換為存儲或輸送到家庭/建筑物時，通常使用用于太陽能光伏應用的DC/DC升壓轉換器。與傳統硅技術相比，SiC技術提供了更高的系統效率和功率密度，使系統尺寸減小70%，能耗降低60%以上，系統成本降低30%，使SiC技術成為ESS應用的最佳選擇。

　　具有更高功率密度和系統效率的碳化硅解決方案

　　支持高級數字控制方案的參考設計

　　對于采用碳化硅MOSFET的簡單兩電平逆變器/有源前端（AFE）設計，突出了逆變器和DC/DC充電電路的SiC優勢，這些電路可以在單相或三相模式下工作，b在充電和放電方面實現超過98.5%的峰值效率。此參考設計的轉換器部分由一個簡單的兩電平AC/DC轉換器組成，該轉換器僅使用<>個SiC MOSFET，兼容單相和三相連接。雖然這種配置可能不像大多數IGBT轉換器那樣低成本，但它在效率和損耗方面表現出色。另一方面，T型AC/DC轉換器可能提供類似的開關頻率和效率，但它通常涉及復雜的控制、更多的部件數量和較低的功率密度。

　　在此參考設計中，直流母線電壓最高可達900 V，而電池電壓通常保持在800 V左右。由于電應力和熱應力，

　　C3M0032120K 1200V 32mΩ碳化硅MOSFET非常適合此應用，因為它具有品質因數、易于控制和電壓GS驅動特性和開爾文源封裝，可降低開關損耗和串擾。

　　工業應用從SiC元件中受益匪淺，這主要是因為它們的熱特性和更快的開關速度以及更低的損耗。由于導通電阻的溫度依賴性較小，SiC MOSFET在較高溫度下表現出較低的傳導損耗，從而實現高頻開關。此外，高性能體二極管在諧振轉換器應用中具有高可靠性，而較小的輸出電容使得在LLC轉換器中實現零電壓開關變得更加容易。

　　另一方面，SiC的典型尺寸/重量優于Si組件（額定電壓為650 V）。通常，硅元件需要變壓器和諧振電感，而SiC配置可以集成變壓器/電感器，這將節省重量和空間。

　　SiC器件系列能夠適應從1 kW到兆瓦的所有應用功率范圍，包括大功率模塊。提供一系列解決方案，設計人員可以從不同的拓撲中進行選擇，同時優化BOM成本和物理尺寸/布局。

　　無論是使用分立式解決方案還是大功率模塊，SiC在從住宅到工業的儲能應用中都顯示出巨大的機遇，低成本和小尺寸實現最靈活、可擴展、高性能的設計。這將是您開發電源應用的最佳選擇之一。

審核編輯：劉清