如何應對快充、大容量、長壽命挑戰，看功率器件在儲能中的創新應用

電子發燒友網報道（文/黃山明）隨著全球能源結構的轉型和對可再生能源的不斷追求，儲能技術成為了連接能源生產與消費的關鍵紐帶。儲能系統的核心在于其能夠高效地存儲和釋放能量，而功率器件作為儲能系統的關鍵組成部分，其性能直接影響到整個系統的效率和可靠性。

恰好羅姆半導體在功率器件領域擁有深厚的技術積累和創新解決方案，為儲能技術的發展提供了強有力的支持。為此電子發燒友網也采訪到了羅姆，邀請其分享在儲能產品中，如何應用功率器件來解決復雜問題。

應對儲能快速充放電和高功率輸出的挑戰

功率半導體是儲能系統中的關鍵組件,從Si、SiC到GaN，羅姆一直在廣泛的領域推動先進元器件的開發，同時積極致力于提供可以更大程度提升這些元器件性能的控制IC、以及與外圍部件相結合的解決方案。

在功率器件的研發上，羅姆也具有獨特的優勢。比如羅姆的SiC MOSFET以其低導通電阻特性和出色的高溫、高頻、高壓性能，成為下一代低損耗半導體的優選。這種器件能夠在高溫環境下保持優異的工作特性，減少發熱量，從而減小散熱器件的數量和尺寸，減輕逆變器的重量。此外，羅姆還提供與功率器件相結合的控制IC和外圍部件解決方案，構成完整的功率轉換方案。

在開發用于儲能系統的高效轉換、管理與保護技術時，羅姆面臨的技術挑戰包括提高功率器件的耐壓能力、降低開關損耗以及提升器件的工作溫度范圍。為了克服這些挑戰，羅姆通過不斷的技術創新，開發出了具有更高柵極耐壓的GaN HEMT，以及具有超低導通電阻和低開關損耗的SiC MOSFET。這些技術進步不僅提升了儲能系統的效率，還有助于設備的進一步節能。



儲能產品在為電動汽車和電網調頻服務時，需要具備快速充放電能力和高功率輸出特性。這對儲能產品中的半導體器件提出了更高的要求。羅姆通過提供適合的+/-電源、無誤動作的驅動解決方案，同時還推出了具有出色開關特性和高頻特性的GaN器件，其導通電阻低于Si器件，能助力眾多應用實現小型化及更低功耗。




此外在太陽能發電設施所用的光伏逆變器中，在其MPPT（Maximum Power Point Tracking）和蓄電單元采用GaN器件，與采用SiC器件時相比，可以進一步降低構成電路的線圈部件的電感值（L），從而能夠減少繞線匝數、或使用尺寸更細的芯材，因此有助于大大縮小線圈的體積。另外，還可以減少電解電容器的數量，與Si器件（IGBT）相比，所需安裝面積更小。



羅姆將有助于應用產品的節能和小型化的GaN器件命名為“EcoGaN?系列”，并一直致力于進一步提高器件的性能。

針對儲能市場的技術改進與突破

針對未來儲能市場對快速充電、大容量、長壽命等多樣化需求，近幾年羅姆在技術層面進行了針對性的改進和突破。

2021年羅姆開發出針對150V GaN HEMT的8V柵極耐壓技術，解決了GaN器件的柵極耐壓問題，并有助于基站和數據中心等領域的電源實現更低功耗和小型化。2022年確立柵極耐壓高達8V的150V GaN HEMT的量產體制。2023年，量產具有業界超高性能的650V耐壓GaN HEMT，適用于服務器和AC適配器等各種電源系統的效率提升和小型化。

圖：ROHM EcoGaN? ESS Solution，配合柵極驅動器發揮GaN更佳性能

同時，羅姆開發的EcoGaN? Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”，助力減少服務器和AC適配器等的損耗和體積，通過替換現有的Si MOSFET，可將器件體積減少約99%，功率損耗減少約55%。此外，羅姆還開發了可更大程度激發GaN器件性能超高速柵極驅動器IC，采用業界先進的納秒量級柵極驅動技術，助力LiDAR和數據中心等應用的小型化和進一步節能。

隨著AI技術的不斷發展，AI與儲能的結合成為了新的發展趨勢。AI技術將為儲能相關元器件的發展帶來新的難題，同時也為儲能市場創造了新的發展空間。而羅姆功率器件能夠很好應對未來AI時代下，儲能所面臨的技術挑戰。

對于未來幾年內儲能技術的發展，羅姆將繼續推動SiC和GaN等先進元器件的開發，同時加強與業內相關企業的戰略合作，共同推動儲能技術的進步。羅姆的目標是通過不斷的技術創新和產品優化，為解決社會能源問題貢獻力量，推動儲能技術向更高效率、更低成本的方向發展。

小結

羅姆在功率器件領域的技術創新和解決方案，為儲能技術的發展提供了堅實的基礎。通過不斷的技術突破和產品優化，羅姆正助力儲能系統實現更高的效率和可靠性，推動全球能源結構的轉型和可持續發展。除了元器件的開發，羅姆還積極與業內相關企業建立戰略合作伙伴關系并推動聯合開發，通過助力應用產品的效率提升和小型化，持續為解決社會問題貢獻力量。