碳化硅功率器件在新能源电能变换中的应用和挑战

SiC器件在击穿场强、热导率、熔点、禁带宽度、电子饱和漂移速度等方面具有优势。在800V EV平台SiC Mos应用趋势明显、SiC SBD应用已较为广泛、SiC Mos价格下探到合适区位将有更大应用前景。

近日，第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）于厦门召开。期间，”功率模块与电源应用峰会“上，阳光电源高级工程师，中央研究院光储中小功率业务主管王昊做了”碳化硅功率器件在新能源领域的应用和挑战“的主题报告，分享了SiC器件在新能源行业应用的机遇、挑战，以及SiC器件在阳光电源应用的实践等内容。

报告分享了SiC器件在阳光电源应用的实践，涉及混合应用、单管并联、高频化配套设计、散热、保护等，并分享了高功率密度光伏/储能变换器、基于SST的35kV中压直挂光伏逆变器、国产首款纯SiC单管并联电机驱动器等。

其中，高功率密度光伏/储能变换器，集成了碳化硅混合型三电平拓扑、相变热虹吸散热等新技术；突破了原有组串式逆变器的功率密度限制，功率密度倍增至1.1W/cm^3；示范样机功率提升至152kW, 衍生机种功率提升至225kW；便于大规模分布式光伏的快速部署；提出基于电网阻抗自适应的并网逆变器双模式控制策略，实现电网强弱变化时的逆变器稳定运行；该逆变器及其衍生机种将带来至少每年10亿元的产值。

基于SST的35kV中压直挂光伏逆变器，5级通用直流母线SST拓扑结构，更适合并网光伏系统；多MPPT功能模块化设计；模块功率等级200kW；直接连接到35kV电网，无需工频变压器。国产首款纯SiC单管并联电机驱动器，采用TO247-4 单管SIC MOSFE并联方案；通过正向的母排，驱动，散热设计实现良好的均流效果，不均流度＜10%,器件均温＜5℃；实测最高效率 99.4%，90%以上高效区面积大于90%；符合功能安全，扭矩安全等级最高ASIL-C；软件采用平台化设计，符合AUTOSAR标准，采用基于模型（MBD）设计方式。

报告指出，展望未来，对于器件，涉及到更低的成本；更大容量：扩展其可能应用场景；更高的工作温度：配套材料工艺提升以进一步发挥SiC器件的优势；更低的热阻：进一步发挥SiC器件的优势；更宽的驱动电压范围：降低SiC使用门槛，提高可靠性；更强的抗短路能力：提升产品可靠性等。对于应用涉及系统设计—成本与性能的平衡；驱动—抗扰，保护；散热—单位面积散热能力；布局—EMI，电应力；控制—高频精细控制等方向。

审核编辑：刘清