碳化硅的发展趋势及其在储能系统（ESS）中的应用介绍

　　与传统的硅（Si）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和其他技术相比，碳化硅（SiC）技术具有更多优势，包括更高的开关频率、更低的工作温度、更高的电流和电压容量以及更低的损耗，从而提高功率密度、可靠性和效率。本文将介绍碳化硅的发展趋势及其在储能系统（ESS）中的应用。

　　大大降低储能系统成本并提高效率的SiC技术

　　SiC已成为一项成熟的技术，正在工业，能源和汽车领域的许多应用中改变电力行业，从瓦特到兆瓦。由于SiC器件在较低的温度和更小的磁性器件下工作，因此热管理和电源组件现在变得越来越小、更轻、更便宜，从而降低了总BOM成本，同时也实现了更小的占地面积。

　　随着SiC技术的快速发展，SiC解决方案也已广泛应用于供电系统，特别是在储能系统（ESS）应用中，如电动汽车充电系统和具有电池储能的太阳能系统。这些系统中的DC/DC升压转换器、双向逆变器（用于AC/DC和DC/AC转换）和电池充电电路都可以从SiC技术中受益，从而使系统效率提高3%，功率密度提高50%，并减小无源元件的尺寸和成本。

　　典型的ESS架构，具有电源（光伏）、DC/DC转换器、电池充电器和逆变器，用于将能量输送到家庭或返回电网。所有三个电源模块均采用SiC技术，从而提高效率、尺寸、重量和成本。

　　例如，在将ESS中收集的能量转换为存储或输送到家庭/建筑物时，通常使用用于太阳能光伏应用的DC/DC升压转换器。与传统硅技术相比，SiC技术提供了更高的系统效率和功率密度，使系统尺寸减小70%，能耗降低60%以上，系统成本降低30%，使SiC技术成为ESS应用的最佳选择。

　　具有更高功率密度和系统效率的碳化硅解决方案

　　支持高级数字控制方案的参考设计

　　对于采用碳化硅MOSFET的简单两电平逆变器/有源前端（AFE）设计，突出了逆变器和DC/DC充电电路的SiC优势，这些电路可以在单相或三相模式下工作，b在充电和放电方面实现超过98.5%的峰值效率。此参考设计的转换器部分由一个简单的两电平AC/DC转换器组成，该转换器仅使用<>个SiC MOSFET，兼容单相和三相连接。虽然这种配置可能不像大多数IGBT转换器那样低成本，但它在效率和损耗方面表现出色。另一方面，T型AC/DC转换器可能提供类似的开关频率和效率，但它通常涉及复杂的控制、更多的部件数量和较低的功率密度。

　　在此参考设计中，直流母线电压最高可达900 V，而电池电压通常保持在800 V左右。由于电应力和热应力，

　　C3M0032120K 1200V 32mΩ碳化硅MOSFET非常适合此应用，因为它具有品质因数、易于控制和电压GS驱动特性和开尔文源封装，可降低开关损耗和串扰。

　　工业应用从SiC元件中受益匪浅，这主要是因为它们的热特性和更快的开关速度以及更低的损耗。由于导通电阻的温度依赖性较小，SiC MOSFET在较高温度下表现出较低的传导损耗，从而实现高频开关。此外，高性能体二极管在谐振转换器应用中具有高可靠性，而较小的输出电容使得在LLC转换器中实现零电压开关变得更加容易。

　　另一方面，SiC的典型尺寸/重量优于Si组件（额定电压为650 V）。通常，硅元件需要变压器和谐振电感，而SiC配置可以集成变压器/电感器，这将节省重量和空间。

　　SiC器件系列能够适应从1 kW到兆瓦的所有应用功率范围，包括大功率模块。提供一系列解决方案，设计人员可以从不同的拓扑中进行选择，同时优化BOM成本和物理尺寸/布局。

　　无论是使用分立式解决方案还是大功率模块，SiC在从住宅到工业的储能应用中都显示出巨大的机遇，低成本和小尺寸实现最灵活、可扩展、高性能的设计。这将是您开发电源应用的最佳选择之一。

审核编辑：刘清