SiC模塊應(yīng)用的問(wèn)題解答

碳中和背景下，綠色能源市場(chǎng)迎來(lái)了諸多機(jī)遇。新能源發(fā)展已進(jìn)入全新的階段，風(fēng)能、光能作為新能源領(lǐng)域的先鋒力量，正在以快速的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)推動(dòng)這場(chǎng)綠色能源革命。安富利攜手安森美，精心策劃“碳”索能源未來(lái)專(zhuān)題活動(dòng)，分享碳化硅儲(chǔ)能技術(shù)的最新趨勢(shì)與解決方案，本期帶大家回顧活動(dòng)中的精彩瞬間并公布獲獎(jiǎng)用戶名單~

01研討會(huì)回放，不容錯(cuò)過(guò)

《下一代能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的趨勢(shì)和解決方案》專(zhuān)題研討會(huì)，分解儲(chǔ)能市場(chǎng)和現(xiàn)有解決方案的痛點(diǎn)、并介紹安森美EliteSiC碳化硅系列產(chǎn)品大功率器件和大功率PIM在儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用，點(diǎn)擊查看直播回放！

02問(wèn)答集錦

吸引了行業(yè)內(nèi)眾多工程師的積極參與，在研討會(huì)過(guò)程中大家踴躍發(fā)言提問(wèn)，技術(shù)工程師為大家解答疑惑，精彩問(wèn)答集錦為您一一呈現(xiàn)！

Q11100Vdc/480Vac儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，能量轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性如何?有哪些優(yōu)化措施可以進(jìn)一步提升性能?

A：能量轉(zhuǎn)換效率：

當(dāng)前系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率一般在94%-97%，高效方案可達(dá)98%（依賴于功率器件和拓?fù)洌?/p>

系統(tǒng)穩(wěn)定性：

穩(wěn)定性與控制策略、元件質(zhì)量和熱管理密切相關(guān)。

優(yōu)化措施：

1.使用SiC器件：降低開(kāi)關(guān)損耗，提高效率。

2.控制算法優(yōu)化：改進(jìn)功率因數(shù)校正（PFC）和電流控制策略。

3.拓?fù)涓倪M(jìn)：使用全橋或多電平拓?fù)湟越档蛻?yīng)力。

4.熱管理優(yōu)化：液冷或高效散熱設(shè)計(jì)提升穩(wěn)定性。

Q2IGBT和SiC在短路時(shí)有什么不同的地方，短路保護(hù)上怎么設(shè)計(jì)？

A：短路表現(xiàn)的不同：

IGBT：短路耐受時(shí)間較長(zhǎng)（一般為5-10μs），允許一定時(shí)間檢測(cè)并關(guān)斷。

SiC：因材料特性短路耐受時(shí)間更短（通常<2μs），需更快速的保護(hù)機(jī)制。

保護(hù)設(shè)計(jì)：

1.配置門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路的短路監(jiān)測(cè)功能（如desaturation檢測(cè)）。

2.利用快速熔斷器或電子保險(xiǎn)絲。

3.設(shè)計(jì)硬件保護(hù)邏輯，在μs級(jí)實(shí)現(xiàn)故障關(guān)斷。

Q3IGBT在儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用一般規(guī)格有哪些？

A：典型規(guī)格：

電壓等級(jí)：600V、1200V、1700V。

電流等級(jí)：50A-300A，模塊化設(shè)計(jì)支持更大功率需求。

封裝形式：常見(jiàn)TO-247、模塊封裝。

Q4安森美是否能提供仿真模型，或者仿真渠道？

A：安森美器件仿真渠道：

https://www.onsemi.com/design/elite-power-simulator

Q5SiC在高壓大電流方面比si器件有哪些優(yōu)勢(shì)？

A：高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度：SiC的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度約為Si的10倍，支持更高電壓。

低導(dǎo)通損耗：SiC MOSFET的導(dǎo)通阻抗遠(yuǎn)小于IGBT。

更高的熱導(dǎo)率：散熱效率顯著提高。

高頻性能：支持高達(dá)MHz級(jí)頻率。

Q6SiC功率器件在雙向DC轉(zhuǎn)換電路中如何應(yīng)用？

A：雙向DC轉(zhuǎn)換器采用SiC MOSFET，顯著降低反向恢復(fù)損耗，提高雙向能量流動(dòng)效率。

在電動(dòng)車(chē)輛和儲(chǔ)能系統(tǒng)中，SiC可優(yōu)化充放電效率，同時(shí)降低系統(tǒng)重量與體積。

Q7SiC模塊可以支持多高的開(kāi)關(guān)頻率？

A：SiC模塊的開(kāi)關(guān)頻率通常在50kHz至1MHz，視系統(tǒng)需求而定。

在>100kHz頻率下仍可保持較低開(kāi)關(guān)損耗，適合高頻應(yīng)用（如光伏逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器）。

Q8V2G是分布式儲(chǔ)能的一個(gè)很好的方向，它的大規(guī)模商業(yè)實(shí)現(xiàn)還缺乏哪些條件？

A：標(biāo)準(zhǔn)化不足：各國(guó)的通信協(xié)議、硬件接口尚未統(tǒng)一（如OCPP協(xié)議）。

電網(wǎng)適應(yīng)性：現(xiàn)有電網(wǎng)的雙向能量流動(dòng)能力有限。

經(jīng)濟(jì)模型：需建立合理的商業(yè)回報(bào)機(jī)制激勵(lì)用戶參與。

硬件可靠性：充放電頻繁對(duì)電池壽命提出更高要求，需優(yōu)化電池技術(shù)。

Q9安森美EliteSiC碳化硅系列產(chǎn)品大功率器件和大功率PIM在儲(chǔ)能市場(chǎng)大范圍的應(yīng)用了嗎？應(yīng)用有哪些注意點(diǎn)？

A：目前儲(chǔ)能市場(chǎng)頭部企業(yè)新產(chǎn)品方案均采用安森美開(kāi)發(fā)，安森美模塊在大功率PCS應(yīng)用中市占率排第一。

應(yīng)用注意點(diǎn)：

1.散熱設(shè)計(jì)：確保良好的熱管理，減少熱失效。

2.驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)化：為SiC設(shè)計(jì)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)，防止過(guò)驅(qū)或欠驅(qū)。

3.短路保護(hù)：因SiC的短路耐受時(shí)間較短，需要快速保護(hù)電路。

Q10安森美EliteSiC碳化硅相比于友商有哪些優(yōu)勢(shì)？

A：低導(dǎo)通電阻：同級(jí)別器件中導(dǎo)通損耗更低。

更高可靠性：在高溫和高頻環(huán)境下性能穩(wěn)定，適應(yīng)嚴(yán)苛條件。

全產(chǎn)業(yè)鏈整合：安森美從SiC粉末到長(zhǎng)晶到切片到封測(cè)全產(chǎn)業(yè)鏈全自有工廠，器件一致性、供應(yīng)穩(wěn)定性更好。

Q11安森美的碳化硅器件有什么比較突出的優(yōu)點(diǎn)和特性，可以應(yīng)用高壓脈沖發(fā)生器中嗎？

A：優(yōu)點(diǎn)與特性：

1.高擊穿電壓和低漏電流，適用于高壓場(chǎng)景。

2.開(kāi)關(guān)速度快，適配高壓脈沖快速切換的需求。

3.耐高溫特性，適合惡劣環(huán)境。

應(yīng)用場(chǎng)景：

可用于高壓脈沖發(fā)生器，但需設(shè)計(jì)合適的驅(qū)動(dòng)和散熱系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)高頻切換需求。

Q12車(chē)載能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的趨勢(shì)是什么？

A：輕量化與高功率密度：通過(guò)使用SiC和GaN器件減小體積，提升效率。

高壓化：從400V系統(tǒng)逐步發(fā)展到800V或更高電壓平臺(tái)。

集成化與智能化：電池管理系統(tǒng)（BMS）與AI控制策略融合。

Q13儲(chǔ)能產(chǎn)品中的通信干擾問(wèn)題如何解決？

A：屏蔽設(shè)計(jì)：對(duì)通信模塊和功率模塊進(jìn)行電磁屏蔽。

濾波電路：在電源線和通信線增加高頻濾波器。

差分信號(hào)傳輸：降低EMI干擾。

優(yōu)化布線：電源線與信號(hào)線分離，降低相互干擾。

Q14儲(chǔ)能場(chǎng)景差異化如何實(shí)現(xiàn)？

A：功率與容量?jī)?yōu)化：根據(jù)用戶需求（如家庭儲(chǔ)能vs工商業(yè)儲(chǔ)能）設(shè)計(jì)不同的功率密度和容量方案。

控制策略差異化：針對(duì)微網(wǎng)并網(wǎng)、孤網(wǎng)運(yùn)行等設(shè)計(jì)專(zhuān)屬控制算法。

模塊化設(shè)計(jì)：通過(guò)模塊化堆疊實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)展，適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

能源管理系統(tǒng)（EMS）定制：優(yōu)化不同場(chǎng)景的調(diào)度邏輯，如峰谷電價(jià)套利或應(yīng)急供電。

Q15儲(chǔ)能趨勢(shì)是高效低功耗嗎？從安全可靠的方面有那些進(jìn)步？

A：趨勢(shì)：

是的，高效低功耗是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心方向，同時(shí)注重安全性和可靠性。

安全與可靠性進(jìn)步：

1.熱管理系統(tǒng)優(yōu)化：改進(jìn)散熱設(shè)計(jì)，防止熱失控。

2.電池管理技術(shù)：增加冗余保護(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單體電池狀態(tài)。

3.絕緣監(jiān)測(cè)與漏電保護(hù)：確保高壓設(shè)備運(yùn)行安全。

4.直流滅弧技術(shù)：防止直流拉弧引發(fā)事故。

Q16儲(chǔ)能市場(chǎng)現(xiàn)有解決方案有哪些？

A：家用儲(chǔ)能系統(tǒng)：5-30kWh，基于鋰電池和SiC的逆變器。

工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)：50-500kWh，模塊化設(shè)計(jì)，支持并網(wǎng)和離網(wǎng)模式。

大型儲(chǔ)能電站：>1MWh，適用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻。

移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備：如電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載儲(chǔ)能，支持V2G（車(chē)網(wǎng)互動(dòng)）。

Q17儲(chǔ)能系統(tǒng)需要有哪些保護(hù)？

A：過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)：避免電池和功率器件損壞。

溫度保護(hù)：防止熱失控或過(guò)熱運(yùn)行。

直流滅弧：直流電弧能量較高，需特殊設(shè)計(jì)滅弧裝置。

防反接保護(hù)：防止系統(tǒng)接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的安全問(wèn)題。

Q18存儲(chǔ)效率以及安全如何解決？

A：提高效率：

1.采用高效率功率器件：如SiC和GaN器件。

2.優(yōu)化能量管理：采用AI優(yōu)化調(diào)度算法減少能量損耗。

3.高效熱管理：降低系統(tǒng)熱損耗。

提升安全性：

1.電池級(jí)保護(hù)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓、溫度和電流。

2.系統(tǒng)級(jí)保護(hù)：增加多層安全冗余設(shè)計(jì)。

3.材料創(chuàng)新：采用防燃材料，減少起火風(fēng)險(xiǎn)。

Q19大功率器件散熱怎么能夠很好的解決？

A：先進(jìn)散熱材料：如熱界面材料（TIM）、石墨烯涂層。

液冷系統(tǒng)：在高功率密度應(yīng)用中效果更好。

優(yōu)化模塊封裝：ONSEMI有Si3N4作為沉底的模塊，降低熱阻，提升散熱效率。

熱仿真與設(shè)計(jì)優(yōu)化：通過(guò)CFD工具優(yōu)化熱流通路。

Q20對(duì)于系統(tǒng)擴(kuò)容，是否SiC可以與原IGBT混用？

A：技術(shù)上可以混用：SiC和IGBT的混用是可行的，但需要進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。

注意點(diǎn)：

驅(qū)動(dòng)電路匹配：SiC開(kāi)關(guān)頻率更高，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要區(qū)分。

散熱需求不同：SiC的散熱需求可能低于IGBT。

系統(tǒng)諧波和兼容性：SiC和IGBT的開(kāi)關(guān)特性不同，可能引入諧波干擾。

建議：對(duì)擴(kuò)容的電路進(jìn)行仿真分析，確保穩(wěn)定性。

Q21光伏儲(chǔ)能逆變器采用哪種功率元器件的效率更高？IGBT還是SIC MOSFET？

A：SiC MOSFET更高效：

高開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān)損耗。

更高的熱導(dǎo)率，散熱需求降低。

能實(shí)現(xiàn)更小的無(wú)源元件體積，適合高功率密度場(chǎng)景。

IGBT：適用于成本敏感且開(kāi)關(guān)頻率要求不高的場(chǎng)景。

建議選擇：高效率和緊湊設(shè)計(jì)優(yōu)先時(shí)選SiC MOSFET；低成本方案時(shí)選IGBT。

Q22貴司碳化硅和IGBT，驅(qū)動(dòng)需要注意什么？有無(wú)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)板？碳化硅硬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗是否和比一般MOS管??？

A：驅(qū)動(dòng)注意點(diǎn)：

SiC：需更高的驅(qū)動(dòng)電壓范圍（如18-20V），更快的響應(yīng)速度。

IGBT：一般驅(qū)動(dòng)電壓在15V左右，開(kāi)關(guān)速度相對(duì)較慢。

安森美有SiC配套驅(qū)動(dòng)解決方案，如NCD57101、NCP51561，可提供免費(fèi)樣品測(cè)試。SiC硬開(kāi)關(guān)損耗是比傳統(tǒng)Mosfet小。

Q23老師你好！問(wèn)一下碳化硅儲(chǔ)能技術(shù)較現(xiàn)在常用的儲(chǔ)能技術(shù)有那些優(yōu)勢(shì)？

A：更高效率：開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗更低。

更高功率密度：可支持更高開(kāi)關(guān)頻率，縮小器件體積。

耐高溫：SiC可在150℃或更高溫度下工作。

使用壽命長(zhǎng)：降低了熱應(yīng)力和老化問(wèn)題。

Q24能源存儲(chǔ)效率如何提升？有哪些影響因素？

A：采用高效器件：如SiC或GaN，降低功率損耗。

優(yōu)化控制策略：改進(jìn)MPPT和充放電管理算法。

降低傳輸損耗：通過(guò)更短的布線和優(yōu)化拓?fù)湓O(shè)計(jì)。

熱管理優(yōu)化：提高散熱效率，減少熱損耗。

影響因素：器件效率、轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)、控制策略、散熱設(shè)計(jì)。

Q25請(qǐng)教一下碳化硅模塊在驅(qū)動(dòng)和散熱設(shè)計(jì)上有什么不同嗎？

A：驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)：

SiC需要更快的驅(qū)動(dòng)響應(yīng)，通常采用更高的驅(qū)動(dòng)電壓。

注意抗干擾設(shè)計(jì)，避免高頻振蕩。

散熱設(shè)計(jì)：

SiC的損耗更低，熱管理設(shè)計(jì)壓力相對(duì)小，但高功率密度下需用高效散熱方案，如液冷。

Q26請(qǐng)專(zhuān)家分析一下:碳化硅器件在戶用儲(chǔ)能和家庭微網(wǎng)領(lǐng)域是否有適用場(chǎng)景?

A：適用場(chǎng)景：高效率、高功率密度要求的應(yīng)用（如5-10kW的家庭儲(chǔ)能）。

優(yōu)勢(shì)：

支持高頻小型化設(shè)計(jì)，降低逆變器體積。

高效充放電管理，降低能量損耗。

Q27驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)需要注意哪些要點(diǎn)？

A：確保驅(qū)動(dòng)電壓滿足器件要求（如SiC需更高驅(qū)動(dòng)電壓）。

降低寄生電感，避免高頻開(kāi)關(guān)引起的振蕩。

增加死區(qū)時(shí)間優(yōu)化，避免直通失效。

Q28碳化硅驅(qū)動(dòng)震蕩有什么好辦法抑制嗎？

A：PCB布線優(yōu)化：減少寄生電感和寄生電容。

柵極電阻調(diào)整：適當(dāng)增加?xùn)艠O電阻值，降低開(kāi)關(guān)速度。

添加吸收網(wǎng)絡(luò)：并聯(lián)RC電路吸收振蕩能量。

Q29碳化硅與IGBT在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的性能和優(yōu)越性提升了多少？

A：SiC的效率較IGBT可提升2%-5%。

開(kāi)關(guān)頻率可提高3-10倍，支持更小的無(wú)源元件設(shè)計(jì)。

Q30未來(lái)儲(chǔ)能pcs的轉(zhuǎn)化率怎樣提高？

A：使用SiC/GaN器件，優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略。

Q31下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)是否具備構(gòu)網(wǎng)型能力？同時(shí)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能對(duì)功率器件有什么型的要求？隨著帶NPU的異構(gòu)DSP推出，AI對(duì)下一代儲(chǔ)能有什么影響？

A：構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能：具備獨(dú)立維持電網(wǎng)運(yùn)行的能力，對(duì)控制算法要求高。新一代儲(chǔ)能根據(jù)公司設(shè)計(jì)要求，可實(shí)現(xiàn)該功能。

功率器件要求：高可靠性、一致性好、高效率和寬帶寬器件。

AI影響：優(yōu)化全局調(diào)度、提升效率、預(yù)測(cè)故障并提前做出預(yù)備策略。

Q32針對(duì)大功率應(yīng)用，是可以輕松實(shí)現(xiàn)多只并聯(lián)還是直接集成到一起了？

A：大功率應(yīng)用可選擇單管并聯(lián)及模塊方案，目前主流單管硬并聯(lián)數(shù)量不超過(guò)4PCS，如需再增加功率，考慮交錯(cuò)式方案及組串式方案，可極大擴(kuò)充系統(tǒng)整體功率。