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阳光电源王昊: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。

王昊

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。

 

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