為何碳化硅(SiC)功率器件能助力實現更好的儲能系統？

碳化硅這樣的寬禁帶半導體元件的大規模生產，可以將儲能系統效率和熱性能提升到一個新的水平。具體而言，碳化硅在帶隙能量、擊穿場強、熱導率等幾個參數方面具有優越的特性。這些特性允許 SiC 系統以更高的頻率運行而不會損失輸出功率，從而可以減小電感器的尺寸。它還可以優化散熱系統，用自然散熱代替強制風冷系統。在某些情況下，可以移除散熱片以節省資金和減輕重量。

一、用SiC SBD代替硅SBD

為了平衡成本和性能，強烈建議更換二極管(用SiC SBD代替硅SBD)。與硅SBD相比，SiCSBD具有更低的trr和lrr，從而帶來更低的 Err和更好的系統效率。

1、NTH4L015N065SC1：SiC MOSFET，EliteSiC，12mohm，650 V，TO247-4

(1)特性

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS = 18V；

RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS = 15 V；

超低門電荷(QG(tot)= 283 nC)；

高速開關，低電容(COSS = 430 pF)。

(2)應用

太陽能逆變器；

不間斷電源；

儲能。

2、NTBL045N065SC1：SiC MOSFET，EliteSiC，33mohm，650V，TOLL

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS= 18 V；

RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS= 15 V；

PCB占位面積比 D2PAK 小30%(9.9 mm x 11.68 mm)；

體積比D2PAK 小60%(H = 2.3 mm)；

超低封裝電感(2 nH)；

開爾文源引腳降低60%導通損耗EON。

3、NXH40B120MNQ0：全SiCMOSFET模塊，EliteSiC，雙通道升壓，Q0

(1)特性

2 X 1200 V/40 mQ SiC MOSFET；

2 X 1200 V/40 A SiC 二極管，2 X 1200 V/50 A旁路 SiC 二極管；

低電感布局；

內置 NTC。

(2)應用

太陽能逆變器；

不間斷電源。

二、更換PIM，提升功率密度

為了提高系統效率和功率密度，應考慮PIM功率集成模塊解決方案。SiC 模塊成本更高，但能帶來以下優勢。、

改進了由引腳和不良布局引起的寄生效應；

提高生產效率，減少元件數量，易于安裝；

提高芯片一致性以便電流共享；

熱性能更好。

熱性能比較：分立與模塊

NXH010P120MNF1：2-Pack半橋全 SiC 功率集成模塊：

(1)特性

2 X 1200 V SiC MOSFET，RDS(ON)=10 mΩ；

低熱阻；

內部 NTC 熱敏電阻。

(2)優勢

在更高的電壓下，RDS(ON) 得到改進；

更高的效率或更高的功率密度；

高可靠性熱界面的靈活解決方案。

(3)應用

三相太陽能逆變器；

儲能系統。

三、應用和拓撲結構

安森美(onsemi)在儲能系統和太陽能組串式逆變器方面擁有廣泛的產品組合。

為了快速安全地驅動 SiC MOSFET，需要可靠的 SiC MOSFET 驅動器。在選擇 SiC MOSFET 以提高 SiC MOSFET 電源實現方案的穩健性時，需要注意以下 3 點：

大電流能力 - 在導通和關斷時輸送高峰值電流以使 CGS 和 CGD 電容快速充電和放電；

抗擾度強 - 在具有快速開關 SiC MOSFET 的系統中，SiC 柵極驅動器必須考慮與快速 dV/dt 和感應噪聲相關的抗擾度；

匹配的傳播延遲 - 傳播延遲是從 50% 的輸入到 50% 的輸出的時間延遲，這在高頻應用中至關重要;延遲不匹配會導致開關損耗和發熱。

1、NCP51561：柵極驅動器，雙通道

(1)特性

4.5 A 峰值源電流、9 A 峰值灌電流輸出能力；

傳播延遲典型值為 36 ns，每通道延遲匹配為 8 n；

共模瞬變抗擾度 CMTI> 200 V/ns；

5 kVRMS 電氣隔離。

(2)應用

隔離轉換器；

碳化硅驅動器。

要在ESS中進行準確的電壓和電流測量，需要可靠且精密的運算放大器(OpAmp)或電流檢測放大器。安森美提供高精度、低功耗、電流監測(集成電阻)放大器，具有不同的供電電流、增益帶寬積和封裝，以便電壓電流信號的反饋實現閉環控制。

2、NCS2167x：電流檢測放大器，單/雙通道

(1)特性

集成精密、比率匹配的電阻器，精度為 0.1%；

寬共模輸入：-0.1至40 V；

低失調電壓：+/-100 uV；

低失調漂移：+/-1 uV/C；

低增益誤差：+/-1%；

低功耗：每個通道300 uA。

(2)應用

高/低邊電流檢測。

3、NCN26010：10BASE-T1S MACPHY 以太網控制器

(1)特性

超過IEEE 802.3cg 中規定的抗噪水平，支持 8 個節點和最多 50 m 的范圍；

每 25 m 區段啟用更多節點，從而降低布線、連接器和安裝成本；

每端口使用一個 MACPHY，在單對線纜上連接多個器件；

連接到沒有集成 MAC 的控制器、傳感器和其他器件；

進一步提高純 PLCA 網絡的抗噪性；

超過 IEEE 802.3cg 中規定的抗噪水平，支持 8 個節點和最多 50 m 的范圍。

(2)應用

工業自動化；

傳感器和控制接口；

安全防護和現場儀表。

四、系統級仿真工具

安森美的Elite Power 在線仿真工具能夠在開發周期的早期進行系統級仿真，為復雜的電力電子應用提共有價值的參考信息。Elite Power 仿真工具能夠精確呈現所設計的電路在使用我們的 EliteSiC 產品系列時的工況，包括 Elite SiC 技術的制造邊界工況。

特性如下：

1、適用于硬開關和軟開關仿真的引領業界的 PLECS 模型自助生成工具；

2、涵蓋 DC-DC、AC-DC、DC-AC 應用，包括工業和汽車領域的 32 種電路拓撲結構；

3、損耗和熱數據繪圖；

4、靈活設計和快速仿真結果；

5、基于應用和拓撲結構的產品推薦功能。

Elite Power 仿真工具：仿真結果和波形

PLECS 模型自助生成工具讓電子工程師能靈活自由地創建定制化高保真系統級 PLECS 模型，工程師可以直接在自己的仿真平臺中使用模型，也可將模型上傳到安森美 Elite Power 仿真工具進行仿真。

特性如下：

1、適用于硬開關和軟開關仿真的PLECS模型；

2、自助生成工具自定義應用寄生參數，根據用戶指定的應用電路寄生參數進行調整，可顯著影響導通損耗和開關損耗；

3、高密度寬表根據用戶指定的電氣偏置和溫度條件進行調整，提供導通損耗和開關損耗數據；

4、邊界模型在產品的典型條件和邊界條件下有效，使用戶能夠跟蹤產品在導通損耗和開關損耗處于最差、標稱和絕佳制造條件下的應用性能。

文章來源：安森美(onsemi)