諸如太陽能和風力發電之類的創新技術正在加速取代傳統燃料為基礎的電廠，并且由于儲能和收集方法的改善，從而節省了大量成本，已經超過了昂貴的“發電廠”。

在政府通過政策和激勵措施支持新能源的前提下，公共能源基礎設施及其相關的電網結構有許多改善和增長的機會。

最新進展

較舊的電網結構包括單向電力輸送和有限的能源發電，例如化石燃料，水力發電和核電站。可再生能源的產生和收集方面最新進展是使同一個電網可以擴展其發電資源（風能和太陽能），同時可以創建靈活的雙向分配方式，以滿足不同的需求和存儲選擇。

具體地說，對于太陽能而言，通常需要使用逆變器，這些逆變器將光伏（PV）模塊產生的直流電壓轉換為交流電壓，然后再傳遞回電網。最常見的方法之一是通過串式逆變器方案，其中將來自太陽能電池板的DC電壓饋入DC/DC升壓，然后進入DC / AC逆變器，然后連接到電網。

圖1顯示了典型的太陽能串逆變器框圖，其中包括柵極驅動，電流感測和處理。通常使用IGBT，高壓FET以及更常見的包含集成IGBT和二極管的功率集成模塊（PIM）來完成此配置的功率傳輸。

圖1：太陽能串逆變器框圖

電動汽車充電則是另一個具有類似大功率需求的行業。電動汽車以前所未有的速度越來越受歡迎。不幸的是，他們的充電站一直落后。電動汽車充電的基礎設施還沒有達到加油站那樣的可用性，同時充電時間也遠大于加油時間。以350 kW的功率水平運行的DC快速充電系統可以在不到10分鐘的時間內為車輛充滿電。

圖2顯示了一個典型的DC快速充電框圖的示例，其中包含電源路徑組件以及相關的處理和外圍設備。

圖2：EV充電站的DC快速充電框圖

事實證明，基于碳化硅（SiC）的組件可以為公共能源基礎設施（例如，電網和EV充電站）提供更好的電力傳輸解決方案。反過來，這樣的解決方案可以在更好的傳導損耗，泄漏電流，熱管理，浪涌容量和功率密度方面提供改進。此外，基于SiC的技術可提高整體效率，并提高可靠性及減小整體占地面積。安森美半導體等行業領先的公司提供了一系列SiC器件，因此讓我們探究這些器件并深入研究其某些應用。

SiC技術為什么是更好的解決方案

無論是太陽能，電動汽車充電，還是服務器應用，都表明SiC技術可以勝過傳統的硅器件和模塊，例如硅IGBT / MOSFET。但是，讓我們從一個跳到每個設計師的腦海中的話題開始：效率。

SiC如何提高效率？涉及許多因素，但主要是，SiC的優勢包括在較低的傳導損耗（Vf）下具有較高的工作溫度和頻率（最高1 MHz），以及較高的電壓和額定電流（高達1800 V的電壓和100A的電流），與硅MOSFET相比，又可以提供更高的電源效率和更少的散熱設計。

有關SiC技術如何為高壓和大電流應用提供某些最高總體功率的功能，請參見圖3。

圖3：大功率晶體管的功率容量與開關頻率的關系

鑒于這些SiC器件的導通電阻較低，而功率能力則更高，基于SiC的解決方案可轉化為更高的工作效率。

圖4展示了串聯的SiC基二極管和MOSFET，在典型的5kW升壓轉換器應用時，傳導損耗降低多達73％。

圖4：在5kW升壓轉換器中使用SiC組件實現更高功率效率的示例

由于對相關電感器和電容器的尺寸要求較低，因此基于SiC的電路的占地面積通常要小得多。實際上，在某些情況下，由于具有更高的開關頻率，它的尺寸要小75％。因此可以提供更高的功率密度。盡管SiC MOSFET通常比傳統的硅MOSFET貴4倍，但是由于這些較小的電感器和電容器，整個系統的成本下降了，同時減少了總面積。

在產品組裝和機械集成方面，事實證明，ON Semconductor的PIM（例如Q0 / Q1 / Q2PACK模塊，其中集成了SiC器件以幫助減少周邊系統開發）簡化了制造過程并降低了開發風險，同時允許加快上市時間。

另外，分立的非集成式解決方案通常需要更多的時間來設計安裝散熱系統，例如隔離墊和散熱器，同時還帶來了不良的熱接觸風險。PIM解決方案可簡化裝配過程，從而減少時間/成本并提高可靠性，同時由于功率密度方面的優勢，還可以使最終產品更緊湊。

圖5展示了離散解決方案與PIM模塊組裝過程的比較。

圖5：分立解決方案與安森美半導體PIM解決方案之間的組裝比較

安森美半導體的SiC電源解決方案

安森美半導體的PIM模塊可提供更快的開關速度，更高的功率效率和更高的功率密度，這些解決方案還可以降低系統成本和尺寸，但這還不是全部。 PIM模塊并非總是比分立組件更受青睞，主要是基于應用的額定功率以及性能和成本方面的考慮。因此安森美半導體提供分立和PIM SiC兩種解決方案。

圖6顯示了如何在離散解決方案或PIM解決方案之間進行選擇。

圖6：何時使用分立式或模塊式解決方案

用于UPS，電動機驅動或光伏逆變器等應用的高壓輔助電源通常具有300 VDC至1000 VDC的直流母線電壓，這使其很難為顯示器，風扇或加熱器集成低壓輔助電源。但是SiC MOSFET具有更高的阻斷電壓和更寬的輸入電壓范圍，從而具有更大的系統靈活性和功能。此外，如SiC優勢部分所述，更高的頻率和更低的導通電阻會導致更小，更高功率密度的解決方案。但是，讓我們看一下以75 kHz運行的ESBC配置電源和以300 kHz運行的SiC電源之間的直接比較。SiC電源的尺寸更小（約一半），功率輸出增加20％，并且效率明顯提高。

有關尺寸和效率的比較，請參見圖7。

圖7：高壓SiC與ESBC的比較

安森美半導體根據應用的不同提供各種開關技術和封裝類型，以及隔離的驅動器。

關于安森美半導體完整的SiC器件產品組合，請參見圖8。

圖8：安森美半導體SiC產品組合

編輯：hfy