为何碳化硅功率器件能助力实现更好的储能系统？

安森美 2023-09-27 19:02 946浏览 0评论 0点赞

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之前《一文搞懂住宅和商业电池储能系统架构实现》的文章中，提及了像碳化硅这样的宽禁带半导体元件的大规模生产可以将储能系统效率和热性能提升到一个新的水平。具体而言，碳化硅在带隙能量、击穿场强、热导率等几个参数方面具有优越的特性。这些特性允许 SiC 系统以更高的频率运行而不会损失输出功率，从而可以减小电感器的尺寸。它还可以优化散热系统，用自然散热代替强制风冷系统。在某些情况下，可以移除散热片以节省资金和减轻重量。

为了平衡成本和性能，强烈建议更换二极管(用 SiC SBD 代替硅SBD)。与硅 SBD 相比，SiC SBD 具有更低的trr和lrr，从而带来更低的 Err 和更好的系统效率。

SiC MOSFET，EliteSiC，12 mohm，650 V，TO247-4

特性

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS = 18V
RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS = 15 V
超低门电荷(QG(tot)= 283 nC)
高速开关，低电容(COSS = 430 pF)

应用

太阳能逆变器
不间断电源
储能

SiC MOSFET，EliteSiC，33 mohm，650 V，TOLL

特性

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS= 18 V
RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS= 15 V
PCB占位面积比 D2PAK 小30%(9.9 mm x 11.68 mm)
体积比D2PAK 小60%(H = 2.3 mm)
超低封装电感(2 nH)
开尔文源引脚降低60%导通损耗EON

全 SiC MOSFET 模块，EliteSiC，双通道升压，Q0

特性

2 X 1200 V/40 mQ SiC MOSFET
2 X 1200 V/40 A SiC 二极管，2 X 1200 V/50 A旁路 SiC 二极管
低电感布局
内置 NTC

应用

太阳能逆变器
不间断电源

更换PIM，提升功率密度

为了最大限度地提高系统效率和功率密度，应考虑PIM功率集成模块解决方案。SiC 模块成本更高，但能带来以下优势。

改进了由引脚和不良布局引起的寄生效应
提高生产效率，减少元件数量，易于安装
提高芯片一致性以便电流共享
热性能更好

热性能比较：分立与模块

2-Pack半桥全 SiC 功率集成模块

特性

2 X 1200 V SiC MOSFET，RDS(ON)= 10 mΩ
低热阻
内部 NTC 热敏电阻

优势

在更高的电压下，RDS(ON) 得到改进
更高的效率或更高的功率密度
高可靠性热界面的灵活解决方案

应用

三相太阳能逆变器
储能系统

应用和拓扑结构

安森美 (onsemi) 在储能系统和太阳能组串式逆变器方面拥有广泛的产品组合。

栅极驱动器

为了快速安全地驱动 SiC MOSFET，需要可靠的 SiC MOSFET 驱动器。在选择 SiC MOSFET 以提高 SiC MOSFET 电源实现方案的稳健性时，需要注意以下 3 点：

大电流能力 - 在导通和关断时输送高峰值电流以使 CGS 和 CGD 电容快速充电和放电。
抗扰度强 - 在具有快速开关 SiC MOSFET 的系统中，SiC 栅极驱动器必须考虑与快速 dV/dt 和感应噪声相关的抗扰度。特别是，允许的最大和最小电压表示对正负浪涌事件的抗扰度。
匹配的传播延迟 - 传播延迟是从 50% 的输入到 50% 的输出的时间延迟，这在高频应用中至关重要；延迟不匹配会导致开关损耗和发热。

栅极驱动器，双通道