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SiC模塊應用的問題解答

安富利 ? 來源:安富利 ? 2025-01-16 09:17 ? 次閱讀

碳中和背景下,綠色能源市場迎來了諸多機遇。新能源發(fā)展已進入全新的階段,風能、光能作為新能源領(lǐng)域的先鋒力量,正在以快速的增長態(tài)勢推動這場綠色能源革命。安富利攜手安森美,精心策劃“碳”索能源未來專題活動,分享碳化硅儲能技術(shù)的最新趨勢與解決方案,本期帶大家回顧活動中的精彩瞬間并公布獲獎用戶名單~

01研討會回放,不容錯過

《下一代能源存儲系統(tǒng)的趨勢和解決方案》專題研討會,分解儲能市場和現(xiàn)有解決方案的痛點、并介紹安森美EliteSiC碳化硅系列產(chǎn)品大功率器件和大功率PIM在儲能市場的應用,點擊查看直播回放!

02問答集錦

吸引了行業(yè)內(nèi)眾多工程師的積極參與,在研討會過程中大家踴躍發(fā)言提問,技術(shù)工程師為大家解答疑惑,精彩問答集錦為您一一呈現(xiàn)!

Q11100Vdc/480Vac儲能系統(tǒng)在實際應用中,能量轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性如何?有哪些優(yōu)化措施可以進一步提升性能?

A:能量轉(zhuǎn)換效率:

當前系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率一般在94%-97%,高效方案可達98%(依賴于功率器件和拓撲)。

系統(tǒng)穩(wěn)定性:

穩(wěn)定性與控制策略、元件質(zhì)量和熱管理密切相關(guān)。

優(yōu)化措施:

1.使用SiC器件:降低開關(guān)損耗,提高效率。

2.控制算法優(yōu)化:改進功率因數(shù)校正(PFC)和電流控制策略。

3.拓撲改進:使用全橋或多電平拓撲以降低應力。

4.熱管理優(yōu)化:液冷或高效散熱設(shè)計提升穩(wěn)定性。

Q2IGBT和SiC在短路時有什么不同的地方,短路保護上怎么設(shè)計?

A:短路表現(xiàn)的不同:

IGBT:短路耐受時間較長(一般為5-10μs),允許一定時間檢測并關(guān)斷。

SiC:因材料特性短路耐受時間更短(通常<2μs),需更快速的保護機制。

保護設(shè)計:

1.配置門極驅(qū)動電路的短路監(jiān)測功能(如desaturation檢測)。

2.利用快速熔斷器或電子保險絲。

3.設(shè)計硬件保護邏輯,在μs級實現(xiàn)故障關(guān)斷。

Q3IGBT在儲能系統(tǒng)的應用一般規(guī)格有哪些?

A:典型規(guī)格:

電壓等級:600V、1200V、1700V。

電流等級:50A-300A,模塊化設(shè)計支持更大功率需求。

封裝形式:常見TO-247、模塊封裝。

Q4安森美是否能提供仿真模型,或者仿真渠道?

A:安森美器件仿真渠道:

https://www.onsemi.com/design/elite-power-simulator

Q5SiC在高壓大電流方面比si器件有哪些優(yōu)勢?

A:高擊穿電場強度:SiC的擊穿電場強度約為Si的10倍,支持更高電壓。

低導通損耗:SiC MOSFET的導通阻抗遠小于IGBT。

更高的熱導率:散熱效率顯著提高。

高頻性能:支持高達MHz級頻率。

Q6SiC功率器件在雙向DC轉(zhuǎn)換電路中如何應用?

A:雙向DC轉(zhuǎn)換器采用SiC MOSFET,顯著降低反向恢復損耗,提高雙向能量流動效率。

在電動車輛和儲能系統(tǒng)中,SiC可優(yōu)化充放電效率,同時降低系統(tǒng)重量與體積。

Q7SiC模塊可以支持多高的開關(guān)頻率?

A:SiC模塊的開關(guān)頻率通常在50kHz至1MHz,視系統(tǒng)需求而定。

在>100kHz頻率下仍可保持較低開關(guān)損耗,適合高頻應用(如光伏逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器)。

Q8V2G是分布式儲能的一個很好的方向,它的大規(guī)模商業(yè)實現(xiàn)還缺乏哪些條件?

A:標準化不足:各國的通信協(xié)議、硬件接口尚未統(tǒng)一(如OCPP協(xié)議)。

電網(wǎng)適應性:現(xiàn)有電網(wǎng)的雙向能量流動能力有限。

經(jīng)濟模型:需建立合理的商業(yè)回報機制激勵用戶參與。

硬件可靠性:充放電頻繁對電池壽命提出更高要求,需優(yōu)化電池技術(shù)。

Q9安森美EliteSiC碳化硅系列產(chǎn)品大功率器件和大功率PIM在儲能市場大范圍的應用了嗎?應用有哪些注意點?

A:目前儲能市場頭部企業(yè)新產(chǎn)品方案均采用安森美開發(fā),安森美模塊在大功率PCS應用中市占率排第一。

應用注意點:

1.散熱設(shè)計:確保良好的熱管理,減少熱失效。

2.驅(qū)動電路優(yōu)化:為SiC設(shè)計專用驅(qū)動,防止過驅(qū)或欠驅(qū)。

3.短路保護:因SiC的短路耐受時間較短,需要快速保護電路

Q10安森美EliteSiC碳化硅相比于友商有哪些優(yōu)勢?

A:低導通電阻:同級別器件中導通損耗更低。

更高可靠性:在高溫和高頻環(huán)境下性能穩(wěn)定,適應嚴苛條件。

全產(chǎn)業(yè)鏈整合:安森美從SiC粉末到長晶到切片到封測全產(chǎn)業(yè)鏈全自有工廠,器件一致性、供應穩(wěn)定性更好。

Q11安森美的碳化硅器件有什么比較突出的優(yōu)點和特性,可以應用高壓脈沖發(fā)生器中嗎?

A:優(yōu)點與特性:

1.高擊穿電壓和低漏電流,適用于高壓場景。

2.開關(guān)速度快,適配高壓脈沖快速切換的需求。

3.耐高溫特性,適合惡劣環(huán)境。

應用場景:

可用于高壓脈沖發(fā)生器,但需設(shè)計合適的驅(qū)動和散熱系統(tǒng)以應對高頻切換需求。

Q12車載能源存儲系統(tǒng)的趨勢是什么?

A:輕量化與高功率密度:通過使用SiC和GaN器件減小體積,提升效率。

高壓化:從400V系統(tǒng)逐步發(fā)展到800V或更高電壓平臺。

集成化與智能化:電池管理系統(tǒng)(BMS)與AI控制策略融合。

Q13儲能產(chǎn)品中的通信干擾問題如何解決?

A:屏蔽設(shè)計:對通信模塊和功率模塊進行電磁屏蔽。

濾波電路:在電源線和通信線增加高頻濾波器

差分信號傳輸:降低EMI干擾。

優(yōu)化布線:電源線與信號線分離,降低相互干擾。

Q14儲能場景差異化如何實現(xiàn)?

A:功率與容量優(yōu)化:根據(jù)用戶需求(如家庭儲能vs工商業(yè)儲能)設(shè)計不同的功率密度和容量方案。

控制策略差異化:針對微網(wǎng)并網(wǎng)、孤網(wǎng)運行等設(shè)計專屬控制算法。

模塊化設(shè)計:通過模塊化堆疊實現(xiàn)靈活擴展,適應不同應用場景的需求。

能源管理系統(tǒng)(EMS)定制:優(yōu)化不同場景的調(diào)度邏輯,如峰谷電價套利或應急供電。

Q15儲能趨勢是高效低功耗嗎?從安全可靠的方面有那些進步?

A:趨勢:

是的,高效低功耗是儲能系統(tǒng)的核心方向,同時注重安全性和可靠性。

安全與可靠性進步:

1.熱管理系統(tǒng)優(yōu)化:改進散熱設(shè)計,防止熱失控。

2.電池管理技術(shù):增加冗余保護,實時監(jiān)測單體電池狀態(tài)。

3.絕緣監(jiān)測與漏電保護:確保高壓設(shè)備運行安全。

4.直流滅弧技術(shù):防止直流拉弧引發(fā)事故。

Q16儲能市場現(xiàn)有解決方案有哪些?

A:家用儲能系統(tǒng):5-30kWh,基于鋰電池和SiC的逆變器。

工商業(yè)儲能系統(tǒng):50-500kWh,模塊化設(shè)計,支持并網(wǎng)和離網(wǎng)模式。

大型儲能電站:>1MWh,適用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻。

移動儲能設(shè)備:如電動汽車車載儲能,支持V2G(車網(wǎng)互動)。

Q17儲能系統(tǒng)需要有哪些保護?

A:過壓/過流保護:避免電池和功率器件損壞。

溫度保護:防止熱失控或過熱運行。

直流滅?。褐绷麟娀∧芰枯^高,需特殊設(shè)計滅弧裝置。

防反接保護:防止系統(tǒng)接線錯誤導致的安全問題。

Q18存儲效率以及安全如何解決?

A:提高效率:

1.采用高效率功率器件:如SiC和GaN器件。

2.優(yōu)化能量管理:采用AI優(yōu)化調(diào)度算法減少能量損耗。

3.高效熱管理:降低系統(tǒng)熱損耗。

提升安全性:

1.電池級保護:實時監(jiān)測電池電壓、溫度和電流。

2.系統(tǒng)級保護:增加多層安全冗余設(shè)計。

3.材料創(chuàng)新:采用防燃材料,減少起火風險。

Q19大功率器件散熱怎么能夠很好的解決?

A:先進散熱材料:如熱界面材料(TIM)、石墨烯涂層。

液冷系統(tǒng):在高功率密度應用中效果更好。

優(yōu)化模塊封裝:ONSEMI有Si3N4作為沉底的模塊,降低熱阻,提升散熱效率。

熱仿真與設(shè)計優(yōu)化:通過CFD工具優(yōu)化熱流通路。

Q20對于系統(tǒng)擴容,是否SiC可以與原IGBT混用?

A:技術(shù)上可以混用:SiC和IGBT的混用是可行的,但需要進行匹配設(shè)計。

注意點:

驅(qū)動電路匹配:SiC開關(guān)頻率更高,驅(qū)動設(shè)計要區(qū)分。

散熱需求不同:SiC的散熱需求可能低于IGBT。

系統(tǒng)諧波和兼容性:SiC和IGBT的開關(guān)特性不同,可能引入諧波干擾。

建議:對擴容的電路進行仿真分析,確保穩(wěn)定性。

Q21光伏儲能逆變器采用哪種功率元器件的效率更高?IGBT還是SIC MOSFET?

A:SiC MOSFET更高效:

高開關(guān)頻率,降低開關(guān)損耗。

更高的熱導率,散熱需求降低。

能實現(xiàn)更小的無源元件體積,適合高功率密度場景。

IGBT:適用于成本敏感且開關(guān)頻率要求不高的場景。

建議選擇:高效率和緊湊設(shè)計優(yōu)先時選SiC MOSFET;低成本方案時選IGBT。

Q22貴司碳化硅和IGBT,驅(qū)動需要注意什么?有無專用驅(qū)動板?碳化硅硬開關(guān)的開關(guān)損耗是否和比一般MOS管?。?/p>

A:驅(qū)動注意點:

SiC:需更高的驅(qū)動電壓范圍(如18-20V),更快的響應速度。

IGBT:一般驅(qū)動電壓在15V左右,開關(guān)速度相對較慢。

安森美有SiC配套驅(qū)動解決方案,如NCD57101、NCP51561,可提供免費樣品測試。SiC硬開關(guān)損耗是比傳統(tǒng)Mosfet小。

Q23老師你好!問一下碳化硅儲能技術(shù)較現(xiàn)在常用的儲能技術(shù)有那些優(yōu)勢?

A:更高效率:開關(guān)損耗和導通損耗更低。

更高功率密度:可支持更高開關(guān)頻率,縮小器件體積。

耐高溫:SiC可在150℃或更高溫度下工作。

使用壽命長:降低了熱應力和老化問題。

Q24能源存儲效率如何提升?有哪些影響因素?

A:采用高效器件:如SiC或GaN,降低功率損耗。

優(yōu)化控制策略:改進MPPT和充放電管理算法。

降低傳輸損耗:通過更短的布線和優(yōu)化拓撲設(shè)計。

熱管理優(yōu)化:提高散熱效率,減少熱損耗。

影響因素:器件效率、轉(zhuǎn)換級數(shù)、控制策略、散熱設(shè)計。

Q25請教一下碳化硅模塊在驅(qū)動和散熱設(shè)計上有什么不同嗎?

A:驅(qū)動設(shè)計:

SiC需要更快的驅(qū)動響應,通常采用更高的驅(qū)動電壓。

注意抗干擾設(shè)計,避免高頻振蕩。

散熱設(shè)計:

SiC的損耗更低,熱管理設(shè)計壓力相對小,但高功率密度下需用高效散熱方案,如液冷。

Q26請專家分析一下:碳化硅器件在戶用儲能和家庭微網(wǎng)領(lǐng)域是否有適用場景?

A:適用場景:高效率、高功率密度要求的應用(如5-10kW的家庭儲能)。

優(yōu)勢:

支持高頻小型化設(shè)計,降低逆變器體積。

高效充放電管理,降低能量損耗。

Q27驅(qū)動設(shè)計需要注意哪些要點?

A:確保驅(qū)動電壓滿足器件要求(如SiC需更高驅(qū)動電壓)。

降低寄生電感,避免高頻開關(guān)引起的振蕩。

增加死區(qū)時間優(yōu)化,避免直通失效。

Q28碳化硅驅(qū)動震蕩有什么好辦法抑制嗎?

A:PCB布線優(yōu)化:減少寄生電感和寄生電容。

柵極電阻調(diào)整:適當增加柵極電阻值,降低開關(guān)速度。

添加吸收網(wǎng)絡(luò):并聯(lián)RC電路吸收振蕩能量。

Q29碳化硅與IGBT在儲能系統(tǒng)中的性能和優(yōu)越性提升了多少?

A:SiC的效率較IGBT可提升2%-5%。

開關(guān)頻率可提高3-10倍,支持更小的無源元件設(shè)計。

Q30未來儲能pcs的轉(zhuǎn)化率怎樣提高?

A:使用SiC/GaN器件,優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略。

Q31下一代儲能系統(tǒng)是否具備構(gòu)網(wǎng)型能力?同時構(gòu)網(wǎng)型儲能對功率器件有什么型的要求?隨著帶NPU的異構(gòu)DSP推出,AI對下一代儲能有什么影響?

A:構(gòu)網(wǎng)型儲能:具備獨立維持電網(wǎng)運行的能力,對控制算法要求高。新一代儲能根據(jù)公司設(shè)計要求,可實現(xiàn)該功能。

功率器件要求:高可靠性、一致性好、高效率和寬帶寬器件。

AI影響:優(yōu)化全局調(diào)度、提升效率、預測故障并提前做出預備策略。

Q32針對大功率應用,是可以輕松實現(xiàn)多只并聯(lián)還是直接集成到一起了?

A:大功率應用可選擇單管并聯(lián)及模塊方案,目前主流單管硬并聯(lián)數(shù)量不超過4PCS,如需再增加功率,考慮交錯式方案及組串式方案,可極大擴充系統(tǒng)整體功率。

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原文標題:“碳”索能源未來:SiC模塊實戰(zhàn)運用的32個問題,安富利已為您解答

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