充电桩|【必充技】一一新能源充电桩核心部件碳化硅功率器件( 二 ) 新能源|半导体|创投圈

全碳化硅永磁直驱地铁列车

4.光伏与风电
太阳能和风能发电系统是分别利用光伏电池板和风力带动发电机，直接将太阳能或风能转换成电能的发电系统，都需要以逆变器作为接口连接电网从而实现发电。为实现发电系统高效、稳定地运行，对逆变器提出了更为严苛的要求，需要相关半导体器件具有较大的击穿场强、耐高温、耐高压并能够工作在更高的开关频率下。传统硅基器件由于材料固有特性限制了其在高温、高压、高效率场景的应用。 SiC基功率器件是其完美替代者，其中SiC MOSFET是高速低损耗功率开关中最有前景的器件之一。
目前阳光电源应用SiC器件的组串逆变器已广泛应用于全球市场；国家能源集团北京低碳清洁能源研究院自主开发了全球首个超薄全碳化硅高频隔离光伏逆变器，与现有光伏逆变器相比具有体积小、重量轻等优点，既降低了系统成本，又提高了系统效率和系统安全性，可以以此构建低成本高效率的光伏建筑一体化电气系统。
低碳院自主开发的新型全碳化硅超薄光伏逆变器

5.智能电网
传统电网正在向智能电网转变，智能化电网设备及更优良器件的应用是实现其集智能、灵活、互动、兼容、高效等多功能于一体的关键。传统硅基电力电子变压器已在小功率电网领域实现了部分应用，但由于损耗大、体积大等缺陷尚无法在高压大功率的输电领域展开应用。比如目前商用硅基IGBT的最大击穿电压仅为6．5 kV ，所有的硅基器件都无法在200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而碳化硅基功率器件能很好地解决这些问题，碳化硅功率器件关断电压最高达200 kV和工作温度高达600℃ 。碳化硅基功率开关由于具有极低的开启态电阻，并且能应用于高压、高温、高频场合，是硅基器件的理想替代者，另如果使用碳化硅功率模块，与使用硅功率电源装置相比，由开关损失引起的功率损耗可降低5倍以上，体积与重量减少40% ，将对未来电网形态和能源战略调整产生重大影响。
6.工业控制
基于SiC的功率半导体器件可在高温、高压、高频、强辐射等极端环境下工作，性能优势突出，将其应用于电机驱动领域，不仅可降低驱动器的体积、重量、损耗，提升功率密度，还能有效减少音频噪声并提升电机响应性能，这对于我国突破高端伺服电机技术和实现高性能伺服电机及驱动器国产化具有重要意义。迈信电气与英飞凌合作开发了基于SiC-MOSFET自然散热设计的一体化伺服电机系统，其功率板选用6颗30mΩ-SMD封装的CoolSiC? MOSFET ，具有较低的导通损耗、开关损耗、优异的开关速度可控性和散热性能。
基于SiC-MOSFET自然散热设计的一体化伺服电机系统

7.家电
以空调为代表，为进一步减小电抗体积，优化整体结构，提高系统效率，变频空调PFC频率已由目前主流的40kHZ ，向70kHZ、80kHZ甚至更高的频率设计，这对IGBT和FRD提出了越来越高的高频要求。目前已有空调厂家开始选用碳化硅二极管，比传统硅快回复二极管具有更小的正向导通压降，更高的耐温及高温稳定性， PFC效率能提升0.7 ~ 1个百分点，由于碳化硅二极管反向恢复时间很短，减轻了加在IGBT上的漏电流，可使IGBT温度降低约2℃～3℃ ，提升了系统整体性能和可靠性。对于IGBT来说，碳化硅MOS是一个不错的选择；同时集成碳化硅二极管+IGBT或者碳化硅MOS的模块也是一个较优选择。
理论上，只要是PFC或者升压电路、高压或高功率电源场景都会有碳化硅的应用机会，比如TV（商用显示器或者特殊功能显示器）、商用滚筒洗衣机、高端微波炉、高端电饭煲等，及其他大于500W的PFC拓扑结构电路。且功率越大，电压越高的场合，用碳化硅的优势越明显，能够提高系统效率，减小板子尺寸，优化系统结构，从而设计出性能更优，可靠性更高的产品。