碳化硅功率器件在新能源電能變換中的應用和挑戰

SiC器件在擊穿場強、熱導率、熔點、禁帶寬度、電子飽和漂移速度等方面具有優勢。在800V EV平臺SiC Mos應用趨勢明顯、SiC SBD應用已較為廣泛、SiC Mos價格下探到合適區位將有更大應用前景。

近日，第九屆國際第三代半導體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA）于廈門召開。期間，”功率模塊與電源應用峰會“上，陽光電源高級工程師，中央研究院光儲中小功率業務主管王昊做了”碳化硅功率器件在新能源領域的應用和挑戰“的主題報告，分享了SiC器件在新能源行業應用的機遇、挑戰，以及SiC器件在陽光電源應用的實踐等內容。

報告分享了SiC器件在陽光電源應用的實踐，涉及混合應用、單管并聯、高頻化配套設計、散熱、保護等，并分享了高功率密度光伏/儲能變換器、基于SST的35kV中壓直掛光伏逆變器、國產首款純SiC單管并聯電機驅動器等。

其中，高功率密度光伏/儲能變換器，集成了碳化硅混合型三電平拓撲、相變熱虹吸散熱等新技術；突破了原有組串式逆變器的功率密度限制，功率密度倍增至1.1W/cm^3；示范樣機功率提升至152kW, 衍生機種功率提升至225kW；便于大規模分布式光伏的快速部署；提出基于電網阻抗自適應的并網逆變器雙模式控制策略，實現電網強弱變化時的逆變器穩定運行；該逆變器及其衍生機種將帶來至少每年10億元的產值。

基于SST的35kV中壓直掛光伏逆變器，5級通用直流母線SST拓撲結構，更適合并網光伏系統；多MPPT功能模塊化設計；模塊功率等級200kW；直接連接到35kV電網，無需工頻變壓器。國產首款純SiC單管并聯電機驅動器，采用TO247-4 單管SIC MOSFE并聯方案；通過正向的母排，驅動，散熱設計實現良好的均流效果，不均流度＜10%,器件均溫＜5℃；實測最高效率 99.4%，90%以上高效區面積大于90%；符合功能安全，扭矩安全等級最高ASIL-C；軟件采用平臺化設計，符合AUTOSAR標準，采用基于模型（MBD）設計方式。

報告指出，展望未來，對于器件，涉及到更低的成本；更大容量：擴展其可能應用場景；更高的工作溫度：配套材料工藝提升以進一步發揮SiC器件的優勢；更低的熱阻：進一步發揮SiC器件的優勢；更寬的驅動電壓范圍：降低SiC使用門檻，提高可靠性；更強的抗短路能力：提升產品可靠性等。對于應用涉及系統設計—成本與性能的平衡；驅動—抗擾，保護；散熱—單位面積散熱能力；布局—EMI，電應力；控制—高頻精細控制等方向。

審核編輯：劉清