SiC模块应用的问题解答

碳中和背景下，绿色能源市场迎来了诸多机遇。新能源发展已进入全新的阶段，风能、光能作为新能源领域的先锋力量，正在以快速的增长态势推动这场绿色能源革命。安富利携手安森美，精心策划“碳”索能源未来专题活动，分享碳化硅储能技术的最新趋势与解决方案，本期带大家回顾活动中的精彩瞬间并公布获奖用户名单~

01研讨会回放，不容错过

《下一代能源存储系统的趋势和解决方案》专题研讨会，分解储能市场和现有解决方案的痛点、并介绍安森美EliteSiC碳化硅系列产品大功率器件和大功率PIM在储能市场的应用，点击查看直播回放！

02问答集锦

吸引了行业内众多工程师的积极参与，在研讨会过程中大家踊跃发言提问，技术工程师为大家解答疑惑，精彩问答集锦为您一一呈现！

Q11100Vdc/480Vac储能系统在实际应用中，能量转换效率和系统稳定性如何?有哪些优化措施可以进一步提升性能?

A：能量转换效率：

当前系统的能量转换效率一般在94%-97%，高效方案可达98%（依赖于功率器件和拓扑）。

系统稳定性：

稳定性与控制策略、元件质量和热管理密切相关。

优化措施：

1.使用SiC器件：降低开关损耗，提高效率。

2.控制算法优化：改进功率因数校正（PFC）和电流控制策略。

3.拓扑改进：使用全桥或多电平拓扑以降低应力。

4.热管理优化：液冷或高效散热设计提升稳定性。

Q2IGBT和SiC在短路时有什么不同的地方，短路保护上怎么设计？

A：短路表现的不同：

IGBT：短路耐受时间较长（一般为5-10μs），允许一定时间检测并关断。

SiC：因材料特性短路耐受时间更短（通常<2μs），需更快速的保护机制。

保护设计：

1.配置门极驱动电路的短路监测功能（如desaturation检测）。

2.利用快速熔断器或电子保险丝。

3.设计硬件保护逻辑，在μs级实现故障关断。

Q3IGBT在储能系统的应用一般规格有哪些？

A：典型规格：

电压等级：600V、1200V、1700V。

电流等级：50A-300A，模块化设计支持更大功率需求。

封装形式：常见TO-247、模块封装。

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在高压大电流方面比si器件有哪些优势？

A：高击穿电场强度：SiC的击穿电场强度约为Si的10倍，支持更高电压。

低导通损耗：SiC MOSFET的导通阻抗远小于IGBT。

更高的热导率：散热效率显著提高。

高频性能：支持高达MHz级频率。

Q6SiC功率器件在双向DC转换电路中如何应用？

A：双向DC转换器采用SiC MOSFET，显著降低反向恢复损耗，提高双向能量流动效率。

在电动车辆和储能系统中，SiC可优化充放电效率，同时降低系统重量与体积。

Q7SiC模块可以支持多高的开关频率？

A：SiC模块的开关频率通常在50kHz至1MHz，视系统需求而定。

在>100kHz频率下仍可保持较低开关损耗，适合高频应用（如光伏逆变器、DC-DC转换器）。

Q8V2G是分布式储能的一个很好的方向，它的大规模商业实现还缺乏哪些条件？

A：标准化不足：各国的通信协议、硬件接口尚未统一（如OCPP协议）。

电网适应性：现有电网的双向能量流动能力有限。

经济模型：需建立合理的商业回报机制激励用户参与。

硬件可靠性：充放电频繁对电池寿命提出更高要求，需优化电池技术。

Q9安森美EliteSiC碳化硅系列产品大功率器件和大功率PIM在储能市场大范围的应用了吗？应用有哪些注意点？

A：目前储能市场头部企业新产品方案均采用安森美开发，安森美模块在大功率PCS应用中市占率排第一。

应用注意点：

1.散热设计：确保良好的热管理，减少热失效。

2.驱动电路优化：为SiC设计专用驱动，防止过驱或欠驱。

3.短路保护：因SiC的短路耐受时间较短，需要快速保护电路。

Q10安森美EliteSiC碳化硅相比于友商有哪些优势？

A：低导通电阻：同级别器件中导通损耗更低。

更高可靠性：在高温和高频环境下性能稳定，适应严苛条件。

全产业链整合：安森美从SiC粉末到长晶到切片到封测全产业链全自有工厂，器件一致性、供应稳定性更好。

Q11安森美的碳化硅器件有什么比较突出的优点和特性，可以应用高压脉冲发生器中吗？

A：优点与特性：

1.高击穿电压和低漏电流，适用于高压场景。

2.开关速度快，适配高压脉冲快速切换的需求。

3.耐高温特性，适合恶劣环境。

应用场景：

可用于高压脉冲发生器，但需设计合适的驱动和散热系统以应对高频切换需求。

Q12车载能源存储系统的趋势是什么？

A：轻量化与高功率密度：通过使用SiC和GaN器件减小体积，提升效率。

高压化：从400V系统逐步发展到800V或更高电压平台。

集成化与智能化：电池管理系统（BMS）与AI控制策略融合。

Q13储能产品中的通信干扰问题如何解决？

A：屏蔽设计：对通信模块和功率模块进行电磁屏蔽。

滤波电路：在电源线和通信线增加高频滤波器。

差分信号传输：降低EMI干扰。

优化布线：电源线与信号线分离，降低相互干扰。

Q14储能场景差异化如何实现？

A：功率与容量优化：根据用户需求（如家庭储能vs工商业储能）设计不同的功率密度和容量方案。

控制策略差异化：针对微网并网、孤网运行等设计专属控制算法。

模块化设计：通过模块化堆叠实现灵活扩展，适应不同应用场景的需求。

能源管理系统（EMS）定制：优化不同场景的调度逻辑，如峰谷电价套利或应急供电。

Q15储能趋势是高效低功耗吗？从安全可靠的方面有那些进步？

A：趋势：

是的，高效低功耗是储能系统的核心方向，同时注重安全性和可靠性。

安全与可靠性进步：

1.热管理系统优化：改进散热设计，防止热失控。

2.电池管理技术：增加冗余保护，实时监测单体电池状态。

3.绝缘监测与漏电保护：确保高压设备运行安全。

4.直流灭弧技术：防止直流拉弧引发事故。

Q16储能市场现有解决方案有哪些？

A：家用储能系统：5-30kWh，基于锂电池和SiC的逆变器。

工商业储能系统：50-500kWh，模块化设计，支持并网和离网模式。

大型储能电站：>1MWh，适用于电网调峰调频。

移动储能设备：如电动汽车车载储能，支持V2G（车网互动）。

Q17储能系统需要有哪些保护？

A：过压/过流保护：避免电池和功率器件损坏。

温度保护：防止热失控或过热运行。

直流灭弧：直流电弧能量较高，需特殊设计灭弧装置。

防反接保护：防止系统接线错误导致的安全问题。

Q18存储效率以及安全如何解决？

A：提高效率：

1.采用高效率功率器件：如SiC和GaN器件。

2.优化能量管理：采用AI优化调度算法减少能量损耗。

3.高效热管理：降低系统热损耗。

提升安全性：

1.电池级保护：实时监测电池电压、温度和电流。

2.系统级保护：增加多层安全冗余设计。

3.材料创新：采用防燃材料，减少起火风险。

Q19大功率器件散热怎么能够很好的解决？

A：先进散热材料：如热界面材料（TIM）、石墨烯涂层。

液冷系统：在高功率密度应用中效果更好。

优化模块封装：ONSEMI有Si3N4作为沉底的模块，降低热阻，提升散热效率。

热仿真与设计优化：通过CFD工具优化热流通路。

Q20对于系统扩容，是否SiC可以与原IGBT混用？

A：技术上可以混用：SiC和IGBT的混用是可行的，但需要进行匹配设计。

注意点：

驱动电路匹配：SiC开关频率更高，驱动设计要区分。

散热需求不同：SiC的散热需求可能低于IGBT。

系统谐波和兼容性：SiC和IGBT的开关特性不同，可能引入谐波干扰。

建议：对扩容的电路进行仿真分析，确保稳定性。

Q21光伏储能逆变器采用哪种功率元器件的效率更高？IGBT还是SIC MOSFET？

A：SiC MOSFET更高效：

高开关频率，降低开关损耗。

更高的热导率，散热需求降低。

能实现更小的无源元件体积，适合高功率密度场景。

IGBT：适用于成本敏感且开关频率要求不高的场景。

建议选择：高效率和紧凑设计优先时选SiC MOSFET；低成本方案时选IGBT。

Q22贵司碳化硅和IGBT，驱动需要注意什么？有无专用驱动板？碳化硅硬开关的开关损耗是否和比一般MOS管小？

A：驱动注意点：

SiC：需更高的驱动电压范围（如18-20V），更快的响应速度。

IGBT：一般驱动电压在15V左右，开关速度相对较慢。

安森美有SiC配套驱动解决方案，如NCD57101、NCP51561，可提供免费样品测试。SiC硬开关损耗是比传统Mosfet小。

Q23老师你好！问一下碳化硅储能技术较现在常用的储能技术有那些优势？

A：更高效率：开关损耗和导通损耗更低。

更高功率密度：可支持更高开关频率，缩小器件体积。

耐高温：SiC可在150℃或更高温度下工作。

使用寿命长：降低了热应力和老化问题。

Q24能源存储效率如何提升？有哪些影响因素？

A：采用高效器件：如SiC或GaN，降低功率损耗。

优化控制策略：改进MPPT和充放电管理算法。

降低传输损耗：通过更短的布线和优化拓扑设计。

热管理优化：提高散热效率，减少热损耗。

影响因素：器件效率、转换级数、控制策略、散热设计。

Q25请教一下碳化硅模块在驱动和散热设计上有什么不同吗？

A：驱动设计：

SiC需要更快的驱动响应，通常采用更高的驱动电压。

注意抗干扰设计，避免高频振荡。

散热设计：

SiC的损耗更低，热管理设计压力相对小，但高功率密度下需用高效散热方案，如液冷。

Q26请专家分析一下:碳化硅器件在户用储能和家庭微网领域是否有适用场景?

A：适用场景：高效率、高功率密度要求的应用（如5-10kW的家庭储能）。

优势：

支持高频小型化设计，降低逆变器体积。

高效充放电管理，降低能量损耗。

Q27驱动设计需要注意哪些要点？

A：确保驱动电压满足器件要求（如SiC需更高驱动电压）。

降低寄生电感，避免高频开关引起的振荡。

增加死区时间优化，避免直通失效。

Q28碳化硅驱动震荡有什么好办法抑制吗？

A：PCB布线优化：减少寄生电感和寄生电容。

栅极电阻调整：适当增加栅极电阻值，降低开关速度。

添加吸收网络：并联RC电路吸收振荡能量。

Q29碳化硅与IGBT在储能系统中的性能和优越性提升了多少？

A：SiC的效率较IGBT可提升2%-5%。

开关频率可提高3-10倍，支持更小的无源元件设计。

Q30未来储能pcs的转化率怎样提高？

A：使用SiC/GaN器件，优化拓扑结构和控制策略。

Q31下一代储能系统是否具备构网型能力？同时构网型储能对功率器件有什么型的要求？随着带NPU的异构DSP推出，AI对下一代储能有什么影响？

A：构网型储能：具备独立维持电网运行的能力，对控制算法要求高。新一代储能根据公司设计要求，可实现该功能。

功率器件要求：高可靠性、一致性好、高效率和宽带宽器件。

AI影响：优化全局调度、提升效率、预测故障并提前做出预备策略。

Q32针对大功率应用，是可以轻松实现多只并联还是直接集成到一起了？

A：大功率应用可选择单管并联及模块方案，目前主流单管硬并联数量不超过4PCS，如需再增加功率，考虑交错式方案及组串式方案，可极大扩充系统整体功率。