我們常說，一代電力電子器件決定一代系統(tǒng)設(shè)計。那么，基于寬禁帶半導體材料的SiC MOSFET的出現(xiàn)，將給電力電子系統(tǒng)設(shè)計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（IPAC）上，發(fā)表了《CoolSiC MOSFET 賦能電力電子系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計》的演講。

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SiC MOSFET相對于Si IGBT，性能大幅度改進。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體二極管反向恢復損耗降低

(c) SiC MOSFET導通無拐點，導通損耗降低

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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。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) 燃料電池空壓機要求高頻率、高功率、高效率，只有SiC MOSFET能滿足這些要求。針對空壓機的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 可簡化系統(tǒng)拓撲設(shè)計

(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1500VDC光伏系統(tǒng)帶來的改變是，可以用兩電平拓撲代替原來的三電平拓撲。

(b) 2kV EASY封裝的DF4-19MR20W3M1HF_B11集成了4路boost，最大boost電流可達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化為兩電平電路，同時減小芯片面積約70%，輕載工況下的效率最高提升1%。

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

(d)采用CoolSiC EasyPACK可提升充電樁的功率。采用FF6/8MR12W2M1HP_B11可實現(xiàn)雙向50kW充電樁，采用三相交錯CLLC拓撲，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) 在電機驅(qū)動應(yīng)用中，SiC MOSFET導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%。散熱方式可由主動散熱改為被動散熱，從而可以與電機集成。允許更大的脈沖電流，實現(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，可實現(xiàn)強制風冷條件下1Kw~9kW，自然冷卻條件下400W~3kW的系列化設(shè)計

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CoolSiC MOSFET 帶來全新系統(tǒng)設(shè)計

(a)傳統(tǒng)的斷路器由機械開關(guān)組成，通過開關(guān)柜和其它控制板實現(xiàn)保護、測量、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，導通電阻從7mohm到350mohm。

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