【技术干货】绿色工业解决方案带动能源应用市场增长

相较于民生与工业在能源上的消耗量，工业应用是真正的能源消耗大户，因此，在低碳、减碳的环境保护趋势发展之下，许多工业应用也开始朝向采用绿色能源与电气化发展，以推动能源转型，达到绿色工业的发展目标。目前像是太阳能解决方案、工业传动、热泵、工业暖通空调（HVAC）、不间断电源（UPS）、固态变压器（SST）、储能、直流快速充电等，都将是能采用高性能节能解决方案来实现能源优化的应用。

依据市场调查数据显示，全球光伏安装量预计将在2024年增至450GW，2027年增至684GW，复合年增长率为14.4%（估计2023年是400GW，相较于2022年则是252GW）。全球的储能系统（ESS）市场预计也将从2023年的100GWh增至2026年的258GWh，复合年增长率为37%，市场发展极为快速。

此外，太阳能结合储能技术的平准化能源成本（LCOE），将是最低的能源生产形式，加上云的使用增加，以及再生式人工智能应用的发展，也推动了对UPS系统的需求。在电动汽车市场快速增长的需求下，也促使增加直流超快速充电器（250KW+）和兆瓦充电器的安装。

另一方面，分布式电网系统的兴起，也推动了对SST、能源存储和太阳能的需求，再加上配备光伏、ESS和双向家用充电器（< 22KW）的微电网发展，市场发展势头强劲。另外，从2023年起，欧盟的80 PLUS钛合金法规，要求热泵和电机驱动器需要具有更高的功率密度，以上这些因素都快速驱动着绿色工业的市场发展趋势。

从太阳能和能量存储应用发展趋势来看，在住宅应用中，功率集成模块（PIM）将会朝向分立式发展，功率半导体则将从硅基朝向碳化硅（SiC）发展，碳化硅模块将成为主流产品。在商业领域，PIM会朝向高功率分立式发展，混合碳化硅模块则将成为趋势。在大型公用电网领域，大型PIM模块与基于IGBT的功率半导体将成为主流产品，功率则将从225KW升级到350KW，以往的1500V光伏也将提升到2KV光伏。

在电动汽车充电器产品应用方面，住宅充电座的充电电压将以650 V为主流，外部的直流快充站也将朝向1200 V发展，以提升充电的速度与效率，解决电动汽车充电速度较慢的问题，以吸引更多消费者采用电动汽车。

此外，在像是暖通空调与电机控制等传动控制产品领域，其中电机的变频驱动控制、电源转换与逆变器等，都将会大量采用650 V与1200 V的功率半导体（PIM、IGBT、二极管）。

热泵则是另一个高速发展的新兴市场，以欧洲市场为例，目前欧盟热泵市场近300万台，预计2025年将增长至400万台左右，2030年则将增长至700万台，若能达到空间和水的加热的减碳目标，其减少的二氧化碳排放量将相当于欧洲每年的汽车尾气排放量。此外，为奖励消费者采用热泵，美国针对热泵推出减少通货膨胀法案（IRA）税收抵免政策，将可减免高达30%的安装成本。从市场来看，目前日本暖通空调制造商是热泵领域的领先公司，但随后欧盟（博世）、韩国（三星、LG）与中国暖通空调制造商，也即将跟进这个极具潜力的市场。

看好绿色工业市场的发展，安森美推出了一系列超高能效的1200V绝缘栅双极型晶体管（IGBT）产品来加以因应，其具备业界领先的性能水平，最大程度降低导通损耗和开关损耗。这些器件旨在提高快速开关应用能效，将主要用于能源基础设施应用，如太阳能逆变器、不间断电源（UPS）、储能和电动汽车充电电源转换。

安森美的1200V沟槽型场截止FS7 IGBT在高开关频率能源基础设施应用中，用于升压电路以提高母线电压，和逆变回路以提供交流输出。FS7器件的低开关损耗可实现更高的开关频率，从而减少磁性元器件的尺寸，提高功率密度并降低系统成本。对于高功率能源基础设施应用，FS7器件的正温度系数使其能够轻松实现并联运行。

FS7器件包括高速（S系列）和中速（R系列）版本。所有器件都含一个优化的二极管，实现低VF，减少开关损耗，可在高达175℃的结温（TJ）下工作。S系列器件如FGY75T120SWD的开关性能领先市场现有1200V IGBT。经7倍额定电流的测试，这种高可靠性的IGBT产品展现出出类拔萃的抗闩锁能力。R系列针对以导通损耗为主的中速开关应用如电机控制和固态继电器进行了优化。FGY100T120RWD在100 A时VCESAT低至1.45V，比前一代器件降低了0.4V。

FGY100T120RWD是全新场截止型第七代IGBT技术和第七代二极管，采用3引脚TP247封装，提供低导通损耗和良好开关可控性的最优性能，可在电机控制、不间断电源（UPS）、数据中心、高功率开关等各类应用中实现高效运行。FS7器件可采用TO247-3L、TO247-4L、Power TO247-3L等封装，也可提供裸片，为设计人员提供灵活性和设计备选配置。

MOSFET是具有绝缘栅极的金属氧化物半导体场效应晶体管，尽管设计元素相似，但这些碳化硅MOSFET比硅MOSFET具有更高的阻断电压和更高的导热率，SiC功率器件还具有较低的状态电阻和普通硅的10倍击穿强度。一般来说，与采用硅材料制成的MOSFET相比，采用SiC MOSFET的系统具有更好的性能和更高的效率。

与硅MOSFET相比，选择SiC MOSFET有许多优点，例如更高的开关频率。使用SiC MOSFET模块时，高温操作也不是问题，因为这些器件即使在高温下也能高效运行。此外，使用SiC MOSFET，您可以受益于更紧凑的产品尺寸，因为所有元器件（电感器、滤波器等）都更小。

安森美推出一系列的SiC MOSFET和二极管来满足高功率应用的需求，安森美的SiC MOSFET设计快速且坚固耐用，具有高效率、减小系统尺寸和成本等系统优势。

安森美推出了650V SiC MOSFET（M2和M3系列）和1200V SiC MOSFET（M3系列），这些称之为EliteSiC MOSFET的新产品，采用了全新技术，与硅相比，可提供卓越的开关性能和更高的可靠性。此外，低导通电阻和紧凑的芯片尺寸确保了低电容和栅极电荷。因此，系统优势包括最高效率、更快的工作频率、更高的功率密度、更低的EMI，以及更小的系统尺寸。

EliteSiC MOSFET的产品系列相当丰富，并推出了汽车级（产品型号使用“NV”开头）与工业级（产品型号使用“NT”开头）等产品线，多种规格以满足应用的不同需求。汽车级产品符合AEC−Q101汽车标准，可应用于汽车直流／直流转换、汽车功率因数校正（PFC），常见的最终产品包括汽车车载充电器、EV/PHEV车用DC/DC转换器。工业级产品通过100%雪崩（Avalanche）测试，可应用于工业领域，最终产品包括不间断电源／储能系统、太阳能与电动车充电器等。

为了满足绿色工业解决方案的价值主张，安森美的产品均提供应用优化的拓扑与配置，和经过优化的引脚排列和DBC布局，以及全面的SI和SiC器件的组合，结合广泛的封装产品组合，可提供制造的灵活性。

安森美提供完整的SiC MOSFET产品组合，包含直流快速电动汽车充电解决方案，以及支持40KW至75KW的模块产品等，在当今的裸片、分立MOSFET、新式模块和最新拓扑中处于领先地位，并预计于2024年第一季度推出SiC分立器件评估板与SiC模块评估板，能提供客户最完整的技术支持与服务。

绿色能源已经是人类追求永续发展必须走的道路，无论是民生还是工业的能源需求，都需要朝向电气化的能源转型发展，由于工业用电量远大于民生用电，采用绿色工业解决方案将为能源永续这个目标带来更大的助力。安森美推出了完整的SiC和IGBT产品组合，可以应用于众多的电源产品之中，将能够提供更高的能源转换效率，是相关产品与应用的最佳选择之一。