碳化硅功率器件在新能源電能變換中的應(yīng)用和挑戰(zhàn)

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

近日，第九屆國際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）于廈門召開。期間，”功率模塊與電源應(yīng)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(yè)務(wù)主管王昊做了”碳化硅功率器件在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用和挑戰(zhàn)“的主題報告，分享了SiC器件在新能源行業(yè)應(yīng)用的機遇、挑戰(zhàn)，以及SiC器件在陽光電源應(yīng)用的實踐等內(nèi)容。

報告分享了SiC器件在陽光電源應(yīng)用的實踐，涉及混合應(yīng)用、單管并聯(lián)、高頻化配套設(shè)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(chǎn)首款純SiC單管并聯(lián)電機驅(qū)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(shù)；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(guī)模分布式光伏的快速部署；提出基于電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)的并網(wǎng)逆變器雙模式控制策略，實現(xiàn)電網(wǎng)強弱變化時的逆變器穩(wěn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)，更適合并網(wǎng)光伏系統(tǒng)；多MPPT功能模塊化設(shè)計；模塊功率等級200kW；直接連接到35kV電網(wǎng)，無需工頻變壓器。國產(chǎn)首款純SiC單管并聯(lián)電機驅(qū)動器，采用TO247-4 單管SIC MOSFE并聯(lián)方案；通過正向的母排，驅(qū)動，散熱設(shè)計實現(xiàn)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(qū)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(shè)計，符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，采用基于模型（MBD）設(shè)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(yīng)用場景；更高的工作溫度：配套材料工藝提升以進一步發(fā)揮SiC器件的優(yōu)勢；更低的熱阻：進一步發(fā)揮SiC器件的優(yōu)勢；更寬的驅(qū)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(chǎn)品可靠性等。對于應(yīng)用涉及系統(tǒng)設(shè)計—成本與性能的平衡；驅(qū)動—抗擾，保護；散熱—單位面積散熱能力；布局—EMI，電應(yīng)力；控制—高頻精細控制等方向。

審核編輯：劉清