可再生能源系统中的SiC实现更高效，更小且更具成本效益的电力方案

风能和太阳能等必不可少的可再生能源解决方案通常与能源存储结合使用，是该行业增长最快的行业之一，宽带隙碳化硅（SiC）技术是这些解决方案的核心。终端系统设计人员已经确定，SiC功率半导体可实现比硅（Si）更高效，更小且更具成本效益的解决方案。SiC组件在处理电网级电压方面具有更高的可靠性，并具有超凡的性能。

可再生能源系统中的SiC与Si器件

Wolfspeed致力于SiC领域，经过30多年的广泛研究，拥有适用于所有功率应用的宽带隙SiC器件产品组合，这些器件均重视效率，功率密度和整体系统成本。

图1：Wolfspeed SiC可以实现太阳能DC / DC和DC / AC功率转换。

由于结果，可再生能源领域的硬件设计人员（例如太阳能或储能）已经利用碳化硅。SiC可以进行高频开关而不会降低效率；简单来说，这意味着较小的电路磁通量和在整个温度范围内更平坦的导通电阻（RDS（on）），从而在真实工作条件下降低了传导损耗。SiC既是从PV面板上增加功率，又是将功率转换回电网，是一个明确的选择，因为SiC可通过提高功率密度，减小系统的尺寸和重量以及平衡系统成本来实现设计。

Wolfspeed SiC的真正设计影响

目前，SiC被证明比传统使用的硅更有效。太阳能串系统在一系列面板和并网逆变器之间实现最大功率点跟踪（MPPT）。MPPT本质上是一个升压转换器，其中效率和功率密度对于系统设计的性能至关重要。在过去的设计中，升压器将基于IGBT，器件的开关频率为15–30 kHz，效率在〜97％的范围内。

通过与Wolfspeed C3M MOSFET和C4D二极管实现相同的升压电路，系统级效率现已达到99.5％的峰值，总体MPPT尺寸和成本得到了显着改善（图2）。

图2：与Wolfspeed的SiC 60kW MPPT增压器（右）相比，IGBT 50kW MPPT增压器（左）的物理尺寸

Wolfspeed SiC的设计实现非常简单：提高SiC MOSFET的开关频率，并利用SiC升压二极管的接近零的反向恢复特性。这有助于实现最低的电路损耗，同时最大程度地减小升压电感器，电容器和冷却系统的尺寸，从而降低成本。

性能比较

为什么增加开关频率如此有影响？因为使用Wolfspeed SiC器件，该系统可以以IGBT的3倍至4倍的开关频率工作，同时提高了整体效率。

图3并排比较了硅IGBT和Wolfspeed SiC MOSFET之间的器件开关频率，以及对升压器无源元件和冷却设计的相关系统级影响。可以清楚地看到，随着SiC MOSFET开关频率增加到60 kHz或更高，可以将体积庞大且成本高的升压电感器，电容器和散热片降至最低。

图3：SiC开关频率效应

从图4可以看出，增加开关频率对升压电感的值和尺寸的实际影响。升压扼流圈的尺寸可以减小到16kHz IGBT解决方案的一半，成本可以降低约40％。

图4：采用IGBT和SiC MOSFET的升压电感器选择（SiC MOSFET = 47 kHz，140 µH）

结论

Wolfspeed SiC当前正在实现广泛的应用，因为事实证明，基于SiC的解决方案比传统的基于Si的解决方案具有更高的效率，功率密度和系统成本效益。设计人员可以利用SiC MOSFET的更高开关速度和更低的传导损耗来减小电路磁性元件和其他无源元件的尺寸和成本，从而实现功率密度的显着提高，而不会影响效率和成本。

注意：以上列出的所有数字均为近似值，可能会根据应用程序而更改。

编辑：hfy