为何碳化硅(SiC)功率器件能助力实现更好的储能系统？

碳化硅这样的宽禁带半导体元件的大规模生产，可以将储能系统效率和热性能提升到一个新的水平。具体而言，碳化硅在带隙能量、击穿场强、热导率等几个参数方面具有优越的特性。这些特性允许 SiC 系统以更高的频率运行而不会损失输出功率，从而可以减小电感器的尺寸。它还可以优化散热系统，用自然散热代替强制风冷系统。在某些情况下，可以移除散热片以节省资金和减轻重量。

一、用SiC SBD代替硅SBD

为了平衡成本和性能，强烈建议更换二极管(用SiC SBD代替硅SBD)。与硅SBD相比，SiCSBD具有更低的trr和lrr，从而带来更低的 Err和更好的系统效率。

1、NTH4L015N065SC1：SiC MOSFET，EliteSiC，12mohm，650 V，TO247-4

(1)特性

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS = 18V；

RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS = 15 V；

超低门电荷(QG(tot)= 283 nC)；

高速开关，低电容(COSS = 430 pF)。

(2)应用

太阳能逆变器；

不间断电源；

储能。

2、NTBL045N065SC1：SiC MOSFET，EliteSiC，33mohm，650V，TOLL

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS= 18 V；

RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS= 15 V；

PCB占位面积比 D2PAK 小30%(9.9 mm x 11.68 mm)；

体积比D2PAK 小60%(H = 2.3 mm)；

超低封装电感(2 nH)；

开尔文源引脚降低60%导通损耗EON。

3、NXH40B120MNQ0：全SiCMOSFET模块，EliteSiC，双通道升压，Q0

(1)特性

2 X 1200 V/40 mQ SiC MOSFET；

2 X 1200 V/40 A SiC 二极管，2 X 1200 V/50 A旁路 SiC 二极管；

低电感布局；

内置 NTC。

(2)应用

太阳能逆变器；

不间断电源。

二、更换PIM，提升功率密度

为了提高系统效率和功率密度，应考虑PIM功率集成模块解决方案。SiC 模块成本更高，但能带来以下优势。、

改进了由引脚和不良布局引起的寄生效应；

提高生产效率，减少元件数量，易于安装；

提高芯片一致性以便电流共享；

热性能更好。

热性能比较：分立与模块

NXH010P120MNF1：2-Pack半桥全 SiC 功率集成模块：

(1)特性

2 X 1200 V SiC MOSFET，RDS(ON)=10 mΩ；

低热阻；

内部 NTC 热敏电阻。

(2)优势

在更高的电压下，RDS(ON) 得到改进；

更高的效率或更高的功率密度；

高可靠性热界面的灵活解决方案。

(3)应用

三相太阳能逆变器；

储能系统。

三、应用和拓扑结构

安森美(onsemi)在储能系统和太阳能组串式逆变器方面拥有广泛的产品组合。

为了快速安全地驱动 SiC MOSFET，需要可靠的 SiC MOSFET 驱动器。在选择 SiC MOSFET 以提高 SiC MOSFET 电源实现方案的稳健性时，需要注意以下 3 点：

大电流能力 - 在导通和关断时输送高峰值电流以使 CGS 和 CGD 电容快速充电和放电；

抗扰度强 - 在具有快速开关 SiC MOSFET 的系统中，SiC 栅极驱动器必须考虑与快速 dV/dt 和感应噪声相关的抗扰度；

匹配的传播延迟 - 传播延迟是从 50% 的输入到 50% 的输出的时间延迟，这在高频应用中至关重要;延迟不匹配会导致开关损耗和发热。

1、NCP51561：栅极驱动器，双通道

(1)特性

4.5 A 峰值源电流、9 A 峰值灌电流输出能力；

传播延迟典型值为 36 ns，每通道延迟匹配为 8 n；

共模瞬变抗扰度 CMTI> 200 V/ns；

5 kVRMS 电气隔离。

(2)应用

隔离转换器；

碳化硅驱动器。

要在ESS中进行准确的电压和电流测量，需要可靠且精密的运算放大器(OpAmp)或电流检测放大器。安森美提供高精度、低功耗、电流监测(集成电阻)放大器，具有不同的供电电流、增益带宽积和封装，以便电压电流信号的反馈实现闭环控制。

2、NCS2167x：电流检测放大器，单/双通道

(1)特性

集成精密、比率匹配的电阻器，精度为 0.1%；

宽共模输入：-0.1至40 V；

低失调电压：+/-100 uV；

低失调漂移：+/-1 uV/C；

低增益误差：+/-1%；

低功耗：每个通道300 uA。

(2)应用

高/低边电流检测。

3、NCN26010：10BASE-T1S MACPHY 以太网控制器

(1)特性

超过IEEE 802.3cg 中规定的抗噪水平，支持 8 个节点和最多 50 m 的范围；

每 25 m 区段启用更多节点，从而降低布线、连接器和安装成本；

每端口使用一个 MACPHY，在单对线缆上连接多个器件；

连接到没有集成 MAC 的控制器、传感器和其他器件；

进一步提高纯 PLCA 网络的抗噪性；

超过 IEEE 802.3cg 中规定的抗噪水平，支持 8 个节点和最多 50 m 的范围。

(2)应用

工业自动化；

传感器和控制接口；

安全防护和现场仪表。

四、系统级仿真工具

安森美的Elite Power 在线仿真工具能够在开发周期的早期进行系统级仿真，为复杂的电力电子应用提共有价值的参考信息。Elite Power 仿真工具能够精确呈现所设计的电路在使用我们的 EliteSiC 产品系列时的工况，包括 Elite SiC 技术的制造边界工况。

特性如下：

1、适用于硬开关和软开关仿真的引领业界的 PLECS 模型自助生成工具；

2、涵盖 DC-DC、AC-DC、DC-AC 应用，包括工业和汽车领域的 32 种电路拓扑结构；

3、损耗和热数据绘图；

4、灵活设计和快速仿真结果；

5、基于应用和拓扑结构的产品推荐功能。

Elite Power 仿真工具：仿真结果和波形

PLECS 模型自助生成工具让电子工程师能灵活自由地创建定制化高保真系统级 PLECS 模型，工程师可以直接在自己的仿真平台中使用模型，也可将模型上传到安森美 Elite Power 仿真工具进行仿真。

特性如下：

1、适用于硬开关和软开关仿真的PLECS模型；

2、自助生成工具自定义应用寄生参数，根据用户指定的应用电路寄生参数进行调整，可显著影响导通损耗和开关损耗；

3、高密度宽表根据用户指定的电气偏置和温度条件进行调整，提供导通损耗和开关损耗数据；

4、边界模型在产品的典型条件和边界条件下有效，使用户能够跟踪产品在导通损耗和开关损耗处于最差、标称和绝佳制造条件下的应用性能。

文章来源：安森美(onsemi)