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固態(tài)變壓器SST高頻DC-DC變換的技術發(fā)展趨勢

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2025-12-03 10:47 ? 次閱讀
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固態(tài)變壓器SST高頻DC-DC變換的技術發(fā)展趨勢及碳化硅MOSFET技術在固態(tài)變壓器高頻DC-DC變換的應用價值深度研究報告

傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導體新能源汽車連接器的分銷商。主要服務于中國工業(yè)電源、電力電子設備和新能源汽車產業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數字化轉型三大方向,力推BASiC基本半導體SiC碳化硅MOSFET單管,SiC碳化硅MOSFET功率模塊,SiC模塊驅動板等功率半導體器件以及新能源汽車連接器。?

傾佳電子楊茜致力于推動國產SiC碳化硅模塊在電力電子應用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產業(yè)升級!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢!

1. 緒論

1.1 能源互聯(lián)網背景下的電力電子變革

全球能源結構的轉型正推動電力系統(tǒng)從傳統(tǒng)的單向被動輸配電網絡向雙向互動、靈活可控的能源互聯(lián)網演進。在這一宏大的技術變革中,電力電子變壓器(Power Electronic Transformer, PET),亦被稱為固態(tài)變壓器(Solid State Transformer, SST),作為一種集電壓變換、電氣隔離、能量傳遞與潮流控制于一體的新型智能電力設備,被視為構建智能電網和交直流混合微電網的“能量路由器”。與僅能進行電壓等級變換的傳統(tǒng)工頻變壓器不同,SST通過引入功率半導體器件,實現(xiàn)了對電壓、頻率、相位和潮流的精確控制,并天然具備交直流接口,極大地促進了分布式可再生能源的接入與消納。

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1.2 高頻DC-DC變換的核心地位

SST的拓撲架構通常由輸入級(AC-DC整流)、隔離級(DC-DC變換)和輸出級(DC-AC逆變或DC-DC輸出)三部分級聯(lián)而成。其中,中間的高頻DC-DC隔離級是SST區(qū)別于傳統(tǒng)變壓器的核心特征,也是決定整機功率密度、轉換效率及動態(tài)響應性能的關鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)變壓器依賴硅鋼片鐵芯在50Hz或60Hz工頻下工作,導致體積龐大、重量沉重且缺乏可控性。而SST中的DC-DC級利用高頻變壓器實現(xiàn)電氣隔離,根據電磁感應定律,變壓器的體積與工作頻率成反比。當工作頻率從50Hz提升至數十千赫茲(kHz)甚至上百千赫茲時,變壓器的體積和重量可大幅縮減至原來的幾分之一甚至幾十分之一。因此,高頻DC-DC變換技術不僅是SST小型化、輕量化的基礎,更是實現(xiàn)高效率能量轉換的技術瓶頸所在。

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1.3 硅基器件的物理極限與寬禁帶半導體的崛起

長期以來,SST的工程化應用受制于硅(Si)基功率器件(如Si IGBT、Si MOSFET)的物理極限。在高壓大功率應用場景下,Si IGBT雖然耐壓能力強,但存在嚴重的少子拖尾電流效應,導致關斷損耗隨頻率升高而急劇增加,通常限制了開關頻率在20kHz以下,難以充分發(fā)揮高頻化帶來的體積縮減優(yōu)勢。此外,硅材料的窄禁帶寬度限制了器件的工作溫度和擊穿場強,使得高壓器件的導通電阻較大,散熱系統(tǒng)設計復雜。

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碳化硅(SiC)作為第三代寬禁帶半導體材料的代表,憑借其禁帶寬度大(約3.26eV,是Si的3倍)、擊穿電場高(是Si的10倍)、熱導率高(是Si的3倍)以及電子飽和漂移速度快(是Si的2倍)等優(yōu)異物理特性,正在重塑電力電子技術版圖。特別是SiC MOSFET的出現(xiàn),打破了高壓與高頻不可兼得的桎梏,使得SST中的DC-DC變換級能夠在數十kHz甚至100kHz以上的頻率下高效運行,同時承受更高的工作電壓和溫度。

本報告旨在基于前沿的半導體器件數據與技術文檔,特別是結合基本半導體(BASIC Semiconductor)最新的碳化硅MOSFET工業(yè)模塊及分立器件技術資料,深入剖析高頻DC-DC變換技術在SST中的發(fā)展趨勢,并系統(tǒng)論證SiC MOSFET技術在其中的關鍵應用價值。報告將從器件物理、封裝工藝、靜態(tài)與動態(tài)參數特性、系統(tǒng)級仿真對比等多個維度展開詳盡的分析與闡述。

2. 固態(tài)變壓器高頻DC-DC變換的技術架構與挑戰(zhàn)

2.1 模塊化多電平與級聯(lián)架構

考慮到SST通常直接接入中高壓配電網(如10kV、35kV),而單個功率半導體器件的耐壓有限(目前主流商用SiC MOSFET最高約為3.3kV,大規(guī)模應用集中在1200V-1700V),因此,模塊化級聯(lián)架構成為SST的主流選擇。其中,級聯(lián)H橋(Cascaded H-Bridge, CHB)和模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是最常見的拓撲結構。

在這種架構下,SST被分解為多個獨立的功率單元(Power Energy Building Block, PEBB),每個單元承擔一部分電壓。例如,在10kV輸入的SST中,輸入級可能由多個AC-DC模塊串聯(lián)組成,每個模塊的直流母線電壓通常穩(wěn)定在800V至1000V之間。這正是1200V及1700V電壓等級功率器件的最佳應用區(qū)間。每個PEBB單元內部包含一個高頻DC-DC變換器,用于實現(xiàn)電壓等級的變換和電氣隔離。這種模塊化設計不僅降低了對單器件耐壓的要求,還通過冗余設計提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 核心DC-DC拓撲分析:DAB與LLC

在高頻DC-DC隔離級中,雙有源橋(Dual Active Bridge, DAB)變換器和LLC諧振變換器是兩種最具代表性的拓撲,它們對開關器件提出了截然不同的性能要求。

雙有源橋(DAB)變換器:DAB通過控制原副邊全橋電路的移相角來調節(jié)功率流的大小和方向。其天然具備能量雙向流動的能力,非常適合需要接入儲能或分布式電源的SST應用。DAB的主要挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)全范圍的零電壓開通(ZVS)。在輕載或電壓不匹配的工況下,ZVS范圍會縮小,導致開關管面臨硬開關應力。這就要求功率器件具備極低的開關損耗和優(yōu)異的反向恢復特性,以應對硬開關或非理想軟開關工況。

LLC諧振變換器:LLC利用諧振槽路實現(xiàn)原邊開關管的ZVS和副邊整流管的零電流關斷(ZCS),具有極高的峰值效率。然而,LLC通常用于單向功率傳輸,且其頻率調節(jié)范圍較寬,對磁性元件的設計挑戰(zhàn)較大。在SST應用中,為了追求極致效率,LLC常被用于定頻工作的DC變壓器(DC Transformer, DCT)模式。

無論是DAB還是LLC,為了減小變壓器體積,開關頻率fsw?通常設計在20kHz以上,甚至高達100kHz-500kHz。在高壓大功率工況下,這已遠遠超出了傳統(tǒng)Si IGBT的能力范圍。

2.3 高頻化帶來的技術挑戰(zhàn)

SST向高頻化發(fā)展雖然帶來了體積紅利,但也引發(fā)了一系列技術挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)直接指向了功率器件的性能短板:

開關損耗激增:開關損耗與頻率成正比。如果器件的單次開關能量損耗(Eon?+Eoff?)過大,高頻運行將導致結溫急劇升高,甚至熱失控。

dv/dt與di/dt應力:高頻開關意味著極高的電壓變化率(dv/dt)和電流變化率(di/dt)。這不僅產生強烈的電磁干擾(EMI),還可能通過米勒電容誤導通橋臂對側的開關管,造成直通短路。

二極管反向恢復:在DAB等拓撲的死區(qū)時間內,負載電流需通過MOSFET的體二極管續(xù)流。Si器件體二極管的反向恢復電荷(Qrr?)巨大,會導致巨大的反向恢復損耗和振蕩。

散熱管理:隨著功率密度的提升,單位體積內的熱耗散大幅增加,要求器件封裝具備極低的熱阻和極高的熱穩(wěn)定性。

3. 碳化硅MOSFET器件技術深度解析

針對SST面臨的上述挑戰(zhàn),基于第三代半導體技術的SiC MOSFET提供了近乎完美的解決方案。本章將結合基本半導體(BASIC Semiconductor)的產品數據,深入剖析SiC MOSFET的關鍵技術特性。

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3.1 導通電阻與耐壓的突破性權衡

在功率半導體物理中,擊穿電壓與比導通電阻之間存在著著名的“硅極限”關系(Ron,sp?∝VB2.5?)。SiC材料憑借高臨界擊穿場強,改變了這一比例系數,使得在相同的耐壓等級下,SiC MOSFET的漂移區(qū)厚度僅為Si器件的十分之一,摻雜濃度卻可高出兩個數量級。這意味著SiC MOSFET可以在實現(xiàn)高耐壓的同時,保持極低的導通電阻。

根據基本半導體提供的技術資料,其推出的SiC MOSFET模塊在導通性能上表現(xiàn)優(yōu)異:

62mm大功率模塊:型號BMF540R12KA3(1200V/540A)實現(xiàn)了驚人的2.5mΩ典型導通電阻(@25°C,VGS?=18V)。即使在175°C的極限結溫下,其導通電阻也僅上升至4.3mΩ。相比之下,同電壓等級的Si IGBT雖然在大電流下具有較低的飽和壓降,但在部分負載(SST常見的運行工況)下,由于存在固有的門檻電壓(VCE(sat)0?),其導通損耗遠高于呈現(xiàn)純阻性特性的SiC MOSFET。

34mm緊湊型模塊:型號BMF160R12RA3(1200V/160A)在保持半橋拓撲的小型化封裝中,實現(xiàn)了7.5mΩ的超低電阻

更高電壓等級:資料顯示,基本半導體還推出了1400V耐壓的SiC MOSFET(如B3M010140Y)。這一耐壓等級的推出對SST具有重要戰(zhàn)略意義。在1000V直流母線系統(tǒng)中,1200V器件的電壓余量(Margin)僅為20%,在考慮關斷電壓尖峰和宇宙射線失效風險時顯得捉襟見肘;而1700V器件雖然安全,但導通電阻通常大幅增加。1400V器件恰好填補了這一空白,在保證可靠性的同時,提供了比1700V器件更優(yōu)的導通性能,是中壓SST直流環(huán)節(jié)的理想選擇。

3.2 動態(tài)開關特性與高頻能力

SST的核心競爭力在于高頻。SiC MOSFET作為單極性器件,沒有少數載流子積聚效應,因此不存在IGBT特有的拖尾電流,這從根本上降低了開關損耗。

3.2.1 極低的開關能量損耗

數據分析顯示,SiC MOSFET的開關損耗比同規(guī)格IGBT低一個數量級。以基本半導體Pcore?2 E2B封裝的BMF240R12E2G3模塊為例,在VDC?=800V、ID?=240A的工況下:

開通損耗 (Eon?) :7.4 mJ

關斷損耗 (Eoff?) :1.8 mJ

總開關損耗 (Etotal?) :9.2 mJ

作為對比,中提供的仿真數據顯示,某國際知名品牌的1200V IGBT模塊在類似工況下的總損耗高達數十毫焦耳。這種巨大的損耗差異使得SiC MOSFET能夠輕松工作在50kHz以上,而IGBT通常被限制在20kHz以下。在SST中,這意味著可以將數十公斤重的中頻變壓器替換為幾公斤重的高頻變壓器,且不再需要龐大的水冷系統(tǒng),風冷即可滿足散熱需求。

3.2.2 柵極電荷與驅動功率

高頻開關對驅動電路提出了嚴峻考驗。器件的柵極電荷(Qg?)決定了驅動電路所需的平均功率(Pdrv?=Qg?×Vgs?×fsw?)。

基本半導體的BMF360R12KA3(1200V/360A)模塊,其總柵極電荷QG?僅為880nC 。對于一顆360A的巨型芯片而言,這一數值極低。低QG?不僅降低了驅動損耗,還允許更快的開關速度,從而進一步壓縮開關過程中的電壓電流重疊區(qū)域,降低開關損耗。

3.3 體二極管性能與可靠性隱患的消除

在DAB等軟開關拓撲中,體二極管的性能至關重要。雖然SiC MOSFET自身的體二極管反向恢復特性遠優(yōu)于Si器件,但SiC體二極管屬于雙極性結構,長期通過大電流可能誘發(fā)基面位錯(BPD)擴展為層錯(Stacking Faults),導致器件導通電阻漂移和正向壓降增大,這種現(xiàn)象被稱為“雙極性退化”。

3.3.1 模塊內置SBD技術

為了徹底解決這一隱患并進一步提升性能,基本半導體在其Pcore?2 E2B系列及部分其他模塊中采用了**集成碳化硅肖特基二極管(SBD)**的技術路線。

零反向恢復:SBD是多數載流子器件,理論上不存在反向恢復電流。集成SBD后,反向恢復損耗幾乎可以忽略不計。

抑制雙極性退化:在續(xù)流階段,電流主要流經低壓降的SBD,而不是MOSFET的體二極管,從而避免了雙極性退化效應。根據的實驗數據,內置SBD的模塊在運行1000小時后,RDS(on)?的變化率控制在3%以內,而普通SiC MOSFET的變化率高達42%。這一特性對于要求20年以上使用壽命的電網級SST設備至關重要。

低壓降:集成SBD后,二極管的正向導通壓降顯著降低,減少了死區(qū)時間內的損耗。

4. 適應高頻SST需求的先進封裝技術

芯片技術的進步必須配合封裝技術的革新才能落地。對于SST而言,封裝不僅要解決散熱問題,還要解決高壓絕緣、高頻寄生參數控制以及長期可靠性問題。

4.1 陶瓷基板材料的代際更替:Si3?N4?的應用

絕緣陶瓷基板是功率模塊散熱路徑上的核心組件。傳統(tǒng)的氧化鋁(Al2?O3?)和氮化鋁(AlN)基板在SST應用中顯現(xiàn)出局限性。

Al2?O3? :熱導率低(約24 W/mK),機械性能一般,難以滿足高功率密度散熱需求。

AlN:熱導率雖高(約170 W/mK),但機械強度差,脆性大。SST作為戶外設備,面臨巨大的晝夜溫差和負荷波動,AlN基板在劇烈的溫度循環(huán)中極易發(fā)生銅層剝離或陶瓷開裂。

趨勢:氮化硅(Si3?N4?)AMB基板。

基本半導體在中明確指出,其工業(yè)級SiC模塊廣泛采用了高性能Si3?N4? AMB(活性金屬釬焊)基板。

綜合性能最優(yōu):Si3?N4?的熱導率約90 W/mK,雖低于AlN,但其抗彎強度高達700 N/mm2 ,是AlN的兩倍以上。極高的機械強度允許基板做得更?。ㄈ?.32mm),從而補償了熱導率的不足,使得總熱阻與AlN相當甚至更低。

可靠性躍升:實驗數據顯示,在經歷1000次嚴苛的溫度沖擊測試后,Al2?O3?和AlN基板均出現(xiàn)了銅箔分層失效,而Si3?N4?基板保持完好。這直接決定了SST能否實現(xiàn)免維護運行。

4.2 互連工藝革命:銀燒結技術

芯片與基板之間的連接傳統(tǒng)上使用錫鉛焊料。然而,SiC器件理論工作結溫可達200°C以上,傳統(tǒng)焊料在高溫下會發(fā)生蠕變,導致熱阻增加、失效。

資料(B3M013C120Z)和表明,先進的SiC模塊已引入**銀燒結(Silver Sintering)**工藝。

熔點高:燒結銀層的熔點高達960°C,遠超工作溫度,徹底消除了焊料熔化或蠕變的風險。

熱/電導率極高:銀的熱導率和電導率遠優(yōu)于錫鉛合金。

應用效果:采用銀燒結技術的BMF540R12KA3模塊,其結-殼熱阻(Rth(j?c)?)低至0.07 K/W 。這種極致的熱管理能力使得SST在承受短時過載(如電網故障穿越)時具有更大的安全邊界。

4.3 低雜散電感封裝設計

在di/dt高達數千A/us的高頻開關過程中,僅10nH的雜散電感就能產生數十伏的電壓尖峰。

基本半導體通過優(yōu)化內部布局,推出了低感封裝產品:

Pcore?2 E2B:雜散電感控制在20nH以下。

62mm低感系列:如BMF360R12KA3,雜散電感約為30nH,遠低于傳統(tǒng)62mm模塊的電感水平。

這種低感設計不僅降低了關斷過電壓,減少了吸收電路(Snubber)的損耗和體積,還提升了高頻開關的安全性。

5. 重點SiC MOSFET模塊參數深度橫評

為了給SST設計人員提供量化的選型參考,本章對基本半導體幾款代表性模塊進行數據橫評。這些數據直接反映了當前SiC技術在SST應用中的前沿水平。

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5.1 34mm半橋模塊系列:SST功率單元的基石

該系列模塊尺寸統(tǒng)一,電流覆蓋范圍廣,非常適合模塊化SST的靈活配置。

表5-1:34mm封裝SiC MOSFET模塊關鍵參數對比

型號 額定電流 (TC?=80/75°C) RDS(on)? (Typ. @25°C) RDS(on)? (Typ. @175°C) 總柵極電荷 QG? 結殼熱阻 Rth(j?c)? 數據來源
BMF60R12RB3 60 A 21.2 mΩ 37.3 mΩ 168 nC 0.70 K/W
BMF80R12RA3 80 A 15.0 mΩ 26.7 mΩ 220 nC 0.54 K/W
BMF120R12RB3 120 A 10.6 mΩ 18.6 mΩ 336 nC 0.37 K/W
BMF160R12RA3 160 A 7.5 mΩ 13.3 mΩ 440 nC 0.29 K/W

深度洞察

線性擴展性:從60A到160A,導通電阻與額定電流呈現(xiàn)完美的線性反比關系,表明芯片并聯(lián)工藝的高度成熟。設計者可以在同一拓撲、同一散熱設計下,通過更換模塊直接通過功率倍增。

高溫性能:在175°C極限溫度下,電阻增長系數約為1.7-1.8倍。這一溫漂系數優(yōu)于部分競品,說明其載流子遷移率在高溫下保持較好,有利于高溫工況下的效率維持。

熱阻大幅降低:隨著電流等級提升,芯片面積增加,熱阻從0.70降至0.29 K/W。這意味著大電流模塊不僅導通損耗低,散熱效率也更高,適合高功率密度SST設計。

5.2 62mm大功率模塊系列:MW級SST的核心

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對于兆瓦(MW)級SST,需要單模塊處理更大電流。

表5-2:62mm封裝SiC MOSFET模塊關鍵參數對比

型號 額定電流 RDS(on)? (@25°C) 開通損耗 Eon? 關斷損耗 Eoff? 測試條件 數據來源
BMF360R12KA3 360 A 3.7 mΩ 7.6 mJ 3.9 mJ 600V, 360A
BMF540R12KA3 540 A 2.5 mΩ 14.8 mJ 11.1 mJ 600V, 540A

深度洞察

能效標桿BMF540R12KA3的2.5mΩ電阻意味著在300A負載下,導通壓降僅0.75V。相比之下,300A的IGBT壓降通常接近2V。僅導通損耗一項,SiC就減少了60%以上。

開關損耗微乎其微:在540A的巨大電流下,單次開關總損耗僅約26mJ。若以20kHz運行,開關損耗功率僅520W。對于一個處理300kW-500kW功率的模塊,這僅占0.1%-0.2%。這正是SST能夠實現(xiàn)99%以上轉換效率的物理基礎。

6. 系統(tǒng)級應用價值仿真與驗證

單純的器件參數對比不足以完全展示SiC在SST中的顛覆性價值。本章結合資料中的系統(tǒng)級仿真數據,從應用層面進行驗證。

6.1 效率與頻率的博弈:SiC vs. IGBT

展示了一組H橋拓撲(典型DC-DC結構)的對比仿真,直接揭示了SiC與IGBT在不同頻率下的性能差異。

仿真條件:直流電壓VDC?=540V,輸出功率Pout?=20kW。

對比對象

方案A:BASIC SiC MOSFET BMF80R12RA3 (1200V, 15mΩ)。

方案B:某主流品牌高速IGBT (1200V, 100A)。

表6-1:H橋拓撲不同頻率下?lián)p耗對比分析

深度洞察與SST應用推演

頻率紅利:SiC方案在70kHz下的總損耗,竟然不到IGBT在20kHz下?lián)p耗的一半。這意味著在SST中,我們可以將工作頻率提升3-4倍,從而將高頻變壓器的體積縮小60%-70%,同時不僅不犧牲效率,反而提升了效率。

熱管理紅利:損耗從596W降至240W,意味著散熱器的熱阻要求大幅降低。原本可能需要復雜水冷的系統(tǒng),現(xiàn)在只需簡單的強迫風冷,極大降低了SST的輔助系統(tǒng)成本和維護難度。

6.2 輸出能力的提升

電機驅動仿真中(可類比為SST的DC-AC級或DC-DC級),進一步展示了BMF540R12KA3與800A IGBT模塊的對比。

結果:在結溫限制(Tj?≤175°C)條件下,540A額定電流的SiC模塊在6kHz下能輸出556.5A的有效電流,而額定電流更大的800A IGBT模塊僅能輸出446A。

啟示:這打破了唯“額定電流”論的選型傳統(tǒng)。由于SiC的低損耗特性,其電流降額(Derating)曲線非常平緩。在SST實際應用中,工程師可以用標稱電流較小的SiC模塊替換標稱電流較大的IGBT模塊,從而在降低系統(tǒng)成本的同時提升性能。

7. 固態(tài)變壓器高頻DC-DC技術的未來發(fā)展趨勢

綜合上述器件技術與應用分析,SST高頻DC-DC變換技術呈現(xiàn)以下明確的發(fā)展趨勢:

7.1 全面SiC化與高壓化

在10kV/35kV直掛式SST中,1200V和1700V SiC MOSFET將全面取代Si IGBT,成為主流選擇。隨著1400V甚至3300V更高電壓等級SiC器件的成熟,SST的級聯(lián)級數將減少,系統(tǒng)復雜度降低,可靠性進一步提升。

7.2 頻率邁向100kHz+時代

目前SST的開關頻率主要集中在20kHz-50kHz區(qū)間。隨著Pcore?2 E2B等低感封裝和低柵極電荷器件的普及,DC-DC級的開關頻率將向100kHz甚至更高邁進。這將推動磁性元件材料(如納米晶、非晶合金)和繞組技術(利茲線、PCB繞組)的同步革新,最終實現(xiàn)SST功率密度突破3kW/L- 5kW/L的目標。

7.3 智能化與集成化

未來的SiC模塊將不僅僅是功率開關,而是集成了驅動、保護、傳感的智能功率模塊(IPM)?;景雽w在模塊中集成NTC溫度傳感器只是第一步,未來集成電流傳感、過溫保護甚至在線健康監(jiān)測(Health Monitoring)功能將成為標配,以滿足智能電網對設備自診斷和高可靠性的要求。

7.4 極致的可靠性設計

針對電網設備長壽命的要求,Si3?N4? AMB基板和銀燒結技術將成為SST專用功率模塊的標準配置。此外,針對SiC體二極管退化問題的解決方案(如內置SBD)將成為行業(yè)規(guī)范,徹底消除雙極性退化帶來的可靠性隱患。

8. 結論

深圳市傾佳電子有限公司(簡稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲能、充電基礎設施;
交通電動化:服務新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機)及高壓平臺升級;
數字化轉型:支持AI算力電源、數據中心等新型電力電子應用。
公司以“推動國產SiC替代進口、加速能源低碳轉型”為使命,響應國家“雙碳”政策(碳達峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。

本次研究通過對基本半導體SiC MOSFET產品線及SST應用場景的深度剖析,得出以下核心結論:

SiC MOSFET是SST高頻化的唯一解:在1200V以上的高壓應用中,只有SiC MOSFET能同時滿足高頻(>20kHz)、高壓和高效率的需求,徹底解決了Si IGBT在SST應用中的頻率瓶頸。

技術成熟度已達商用節(jié)點:從低導通電阻(2.5mΩ)到先進封裝(Si3?N4?、銀燒結),再到內置SBD解決可靠性痛點,SiC功率模塊在性能和可靠性上已完全具備支撐電網級SST大規(guī)模應用的能力。

系統(tǒng)價值巨大:通過提升頻率和降低損耗,SiC技術不僅提升了SST的電能轉換效率,更重要的是通過減小磁性元件和散熱系統(tǒng)體積,大幅降低了SST的系統(tǒng)總擁有成本(TCO),為其在智能電網、數據中心供電及軌道交通中的普及鋪平了道路。

建議:對于SST研發(fā)企業(yè),建議在下一代產品定義中,全面轉向基于SiC MOSFET的高頻架構,并重點關注器件的封裝可靠性(如Si3?N4?基板),以構建具有核心競爭力的能源互聯(lián)網關鍵裝備。

審核編輯 黃宇

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