我們常說，一代電力電子器件決定一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)。那么，基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的SiC MOSFET的出現(xiàn)，將給電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來哪些顛覆性的改變？英飛凌零碳工業(yè)功率事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)沈嵩先生，在2023英飛凌工業(yè)功率技術(shù)大會(huì)（IPAC）上，發(fā)表了《CoolSiC MOSFET 賦能電力電子系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)》的演講。

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SiC MOSFET相對(duì)于Si IGBT，性能大幅度改進(jìn)。主要表現(xiàn)在：

(a) SiC MOSFET沒有拖尾電流，關(guān)斷損耗大幅度降低

(b) SiC MOSFET體二極管反向恢復(fù)損耗降低

(c) SiC MOSFET導(dǎo)通無拐點(diǎn)，導(dǎo)通損耗降低

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CoolSiC MOSFET可降低損耗，提升系統(tǒng)功率/效率

(a) 把1500V ANPC光伏逆變器的全Si方案--F3L400R10W3S7_B11中的 D5/D6管從200A Si Diode，切換為100A SiC diode，得到新模塊-- F3L400R10W3S7F_B11，系統(tǒng)功率從175kW上升到200kW

(b) 在光伏Boost中，相比于1200V 50A CH7加 Si Diode方案，1200V SiC MOSFET+SiC diode的方案，高溫下開關(guān)損耗最多可降低80%。

(c) 氫燃料電池是新興的應(yīng)用，對(duì)能效的要求非常高。氫燃料電池車的電力電子系統(tǒng)主要有DCDC升壓變換器和空壓機(jī)。DCDC升壓變換器主流方案有兩種：SR boost及boost方案。兩種方案英飛凌都有完整的方案提供。

(d) 燃料電池空壓機(jī)要求高頻率、高功率、高效率，只有SiC MOSFET能滿足這些要求。針對(duì)空壓機(jī)的35kW典型功率，英飛凌有單管和模塊兩種方案提供。

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CoolSiC MOSFET 可簡(jiǎn)化系統(tǒng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

(a) 2kV SiC MOSFET系列上市，TO-247PLUS-4-HCC封裝增加了爬電距離和電氣間隙，.XT高性能焊接技術(shù)改善了熱性能。對(duì)1500VDC光伏系統(tǒng)帶來的改變是，可以用兩電平拓?fù)浯嬖瓉淼娜娖酵負(fù)洹?br />

(b) 2kV EASY封裝的DF4-19MR20W3M1HF_B11集成了4路boost，最大boost電流可達(dá)40A。模塊成功應(yīng)用于陽光電源，將傳統(tǒng)Si器件的三電平電路簡(jiǎn)化為兩電平電路，同時(shí)減小芯片面積約70%，輕載工況下的效率最高提升1%。

(c)SiC MOSFET可簡(jiǎn)化充電樁應(yīng)用中DCDC拓?fù)?。傳統(tǒng)的充電樁使用650V Si MOSFET，兩級(jí)LLC串聯(lián)達(dá)到800V的輸出電壓?，F(xiàn)在采用1200V SiC MOSFET可以只采用一級(jí)LLC單元，意味著整體體積可降低50%，功率密度提升一倍，并且可以實(shí)現(xiàn)雙向能量流動(dòng)。

(d)采用CoolSiC EasyPACK可提升充電樁的功率。采用FF6/8MR12W2M1HP_B11可實(shí)現(xiàn)雙向50kW充電樁，采用三相交錯(cuò)CLLC拓?fù)?，英飛凌有相應(yīng)的demo板可供參考。

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CoolSiC MOSFET 可促成系統(tǒng)集成化

(a) 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，SiC MOSFET導(dǎo)通損耗在各種工況中相比IGBT都有所降低。開關(guān)損耗方面，相同dv/dt的條件下，SiC MOSFET開關(guān)損耗最多可降低50%~60%，如果不考慮dv/dt的限制，SiC MOSFET開關(guān)損耗最多可降低90%。

(b) SiC MOSFET應(yīng)用于伺服系統(tǒng)中，損耗最大可降低80%。散熱方式可由主動(dòng)散熱改為被動(dòng)散熱，從而可以與電機(jī)集成。允許更大的脈沖電流，實(shí)現(xiàn)輸出功率跳檔，提升效率。

(c) 英飛凌推出的SMD封裝的SiC MOSFET從30mohm到350mohm，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制風(fēng)冷條件下1Kw~9kW，自然冷卻條件下400W~3kW的系列化設(shè)計(jì)

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CoolSiC MOSFET 帶來全新系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(a)傳統(tǒng)的斷路器由機(jī)械開關(guān)組成，通過開關(guān)柜和其它控制板實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)量、聯(lián)網(wǎng)、斷合等功能。SiC MOSFET應(yīng)用于智能斷路器，可以將這些功能集中在一個(gè)單元中，大大縮小系統(tǒng)體積。

(b)SiC MOSFET應(yīng)用于高壓智能斷路器，不需要考慮滅弧問題，而且能對(duì)電氣表現(xiàn)做更精確的控制。

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總結(jié)

(a) 英飛凌提供完整的SiC MOSFET產(chǎn)品目錄，單管覆蓋650V~2000V，導(dǎo)通電阻從7mohm到350mohm。

(b) EASY系列的SiC MOSFET模塊產(chǎn)品有多種拓?fù)?，包括半橋、H橋、三相橋、booster、三電平等，最大電流等級(jí)做到2mohm。