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傾佳電子基于碳化硅(SiC)的雙向非隔離式Buck-Boost電源設(shè)計報告:儲能與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用深度分析

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2025-09-17 11:44 ? 次閱讀
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傾佳電子基于碳化硅(SiC)的雙向非隔離式Buck-Boost電源設(shè)計報告:儲能與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用深度分析

傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。

傾佳電子楊茜致力于推動國產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢!

1. 引言:能源轉(zhuǎn)型與算力時代的電源挑戰(zhàn)

當(dāng)前,全球正處于一場深刻的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型之中,可再生能源如太陽能和風(fēng)能的滲透率持續(xù)攀升。然而,這類能源固有的間歇性與波動性對電網(wǎng)的穩(wěn)定性構(gòu)成了挑戰(zhàn)。與此同時,以人工智能AI)為核心的新一代信息技術(shù)正驅(qū)動著數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的爆炸式增長。大型語言模型(LLM)的訓(xùn)練對電力需求巨大,未來超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心互聯(lián)設(shè)施的電力需求可能高達300text{ MW}至1000text{ MW}或以上,對現(xiàn)有電網(wǎng)的電力供應(yīng)能力造成了前所未有的壓力 。在這一背景下,對能夠?qū)崿F(xiàn)高效、高功率密度、高可靠性、且具備雙向能量流動的電源轉(zhuǎn)換解決方案的需求變得前所未有的迫切。

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傳統(tǒng)的硅(Si)基功率器件,如絕緣柵雙極晶體管(IGBT),由于其物理特性限制,在面對高頻、高溫和高壓應(yīng)用時顯得力不從心 。它們通常伴隨著較高的開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗,導(dǎo)致效率低下,并需要龐大而笨重的散熱系統(tǒng)。第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)的出現(xiàn),為解決這些挑戰(zhàn)提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。SiC具有比硅寬三倍的禁帶寬度、高十倍的擊穿電場強度和高三倍的熱導(dǎo)率 。這些優(yōu)越的材料特性使其成為制造新一代功率器件的理想選擇,能夠顯著降低系統(tǒng)能耗、提升能量轉(zhuǎn)換效率、并實現(xiàn)電源模塊的小型化。

傾佳電子將圍繞基本半導(dǎo)體(BASiC Semiconductor)的B3M013C120Z SiC MOSFET,深入剖析其核心技術(shù)特性,并結(jié)合非隔離式雙向Buck-Boost電路拓撲和交錯并聯(lián)(Interleaving)技術(shù),系統(tǒng)性地論證該設(shè)計方案在儲能和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域所具備的獨特技術(shù)優(yōu)勢與廣闊發(fā)展前景。傾佳電子將從器件、拓撲、系統(tǒng)集成和應(yīng)用前景四個層面進行深度分析。

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2. 核心器件技術(shù)剖析:B3M013C120Z SiC MOSFET

B3M013C120Z是一款專為高功率應(yīng)用設(shè)計的1200V SiC MOSFET,其技術(shù)參數(shù)和封裝特性為實現(xiàn)高能效、高功率密度電源提供了堅實基礎(chǔ)。

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2.1. 基本參數(shù)與性能概覽

該器件的核心參數(shù)在數(shù)據(jù)手冊中得到詳細呈現(xiàn),為后續(xù)的性能分析提供了量化依據(jù)。該SiC MOSFET的額定耐壓為1200V,在TC?=25°C時連續(xù)漏極電流可達180A。其在VGS?=18V、ID=60 A條件下的典型導(dǎo)通電阻為13.5mΩ 。

表1: B3M013C120Z SiC MOSFET核心參數(shù)速查表
參數(shù)
額定漏-源電壓 (VDS?)
連續(xù)漏極電流 (ID?, TC?=25°C)
導(dǎo)通電阻 (RDS(on)?)
結(jié)-殼熱阻 (Rth(j?c)?)
開通能量 (Eon?, ID?=60A, TJ?=175°C)
關(guān)斷能量 (Eoff?, ID?=60A, TJ?=175°C)
封裝類型

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與傳統(tǒng)的硅基IGBT或MOSFET相比,SiC器件的優(yōu)勢在于其低導(dǎo)通損耗和極低的開關(guān)損耗。在相同的電流和電壓等級下,SiC MOSFET能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的效率提升,特別是在高頻應(yīng)用中。

表2: SiC與傳統(tǒng)Si器件關(guān)鍵性能對比
特性
開關(guān)速度
開關(guān)損耗
導(dǎo)通電阻
熱導(dǎo)率
耐溫性
系統(tǒng)級優(yōu)勢

2.2. 核心技術(shù)特性深度解讀

B3M013C120Z的卓越性能并非偶然,其背后是多項先進技術(shù)的集成應(yīng)用,這些技術(shù)共同作用,解決了傳統(tǒng)功率器件設(shè)計的固有瓶頸。

2.2.1. 低導(dǎo)通電阻與低開關(guān)損耗

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B3M013C120Z在TC?=25°C下的典型導(dǎo)通電阻為13.5mΩ,這直接決定了器件在導(dǎo)通狀態(tài)下的傳導(dǎo)損耗。傳導(dǎo)損耗(Pcond?)與流經(jīng)器件的電流平方和導(dǎo)通電阻成正比,即Pcond?=ID,rms2??RDS(on)?。在實際應(yīng)用中,由于器件內(nèi)部溫升,導(dǎo)通電阻通常會隨著結(jié)溫升高而增大。該器件在TJ?=175°C時,導(dǎo)通電阻也僅為23mΩ(ID?=60A),相對較低的溫度系數(shù)確保了高效率在高負載下的維持 。

除了傳導(dǎo)損耗,開關(guān)損耗是決定高頻電源轉(zhuǎn)換效率的另一關(guān)鍵因素。B3M013C120Z的開關(guān)能量,例如在VDC?=800V、ID?=60A、TJ?=175°C的典型工作條件下,使用SiC SBD作為續(xù)流二極管時的開通能量(Eon?)和關(guān)斷能量(Eoff?)分別為880text{ }mutext{J}和660text{ }mutext{J} 。總開關(guān)損耗( Psw?)與開關(guān)能量和開關(guān)頻率成正比,即Psw?=(Eon?+Eoff?)?fsw? 。得益于SiC材料的寬禁帶和高載流子遷移率,該器件的開關(guān)速度極快,且開關(guān)能量遠低于同等規(guī)格的硅器件,這使得設(shè)計者可以將開關(guān)頻率大幅提升至數(shù)十乃至數(shù)百kHz,而總損耗仍可維持在可接受的范圍內(nèi) 。

將該器件與傳統(tǒng)IGBT進行對比可以發(fā)現(xiàn),盡管在某些電流條件下IGBT的導(dǎo)通損耗可能與SiC MOSFET相當(dāng),但SiC器件的開關(guān)損耗通常遠低于IGBT 。IGBT關(guān)斷時存在的“拖尾電流”會導(dǎo)致顯著的關(guān)斷損耗,而SiC MOSFET則沒有這一現(xiàn)象 。因此,在追求更高開關(guān)頻率以縮小無源元件尺寸時,SiC MOSFET的優(yōu)勢尤為突出。總損耗的降低直接減少了系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量,從而允許采用更小、更輕的散熱器,這是實現(xiàn)高功率密度設(shè)計的關(guān)鍵所在 。

2.2.2. 銀燒結(jié)封裝技術(shù)

B3M013C120Z器件采用了銀燒結(jié)封裝技術(shù),該技術(shù)在數(shù)據(jù)手冊中被列為提升熱阻(Rth(j?c)?)的關(guān)鍵措施 。銀燒結(jié)是一種先進的芯片粘接技術(shù),它使用納米或微米級的銀顆粒,在高溫和壓力下燒結(jié)成致密、高導(dǎo)熱、低電阻的鍵合層 。與傳統(tǒng)的焊料(如SAC305)相比,銀燒結(jié)具有顯著優(yōu)勢:其熱導(dǎo)率遠高于焊料,能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的熱量從芯片結(jié)到封裝外殼的傳導(dǎo) ;其耐溫性極佳,可以承受SiC器件在高溫下工作所產(chǎn)生的熱應(yīng)力,而無熔化之虞 。

結(jié)-殼熱阻(Rth(j?c)?)是衡量器件散熱能力的重要參數(shù) 。銀燒結(jié)技術(shù)能夠?qū)⑦@一關(guān)鍵熱阻降低高達30%,從而在相同功率損耗下顯著降低器件的結(jié)溫 。根據(jù)阿倫尼烏斯方程,器件的壽命與工作結(jié)溫密切相關(guān),結(jié)溫每升高 10°C,器件的壽命通常會減半 。因此,銀燒結(jié)技術(shù)通過降低結(jié)溫,不僅提高了器件在持續(xù)高功率輸出下的性能,更極大地增強了系統(tǒng)的長期可靠性 。此外,該技術(shù)還顯著提升了器件在熱循環(huán)(thermal cycling)和功率循環(huán)(power cycling)下的魯棒性,能夠承受比傳統(tǒng)焊料高出數(shù)十倍的循環(huán)次數(shù) 。在電動汽車(EV)逆變器等高應(yīng)力應(yīng)用中,銀燒結(jié)封裝的模塊在相同的溫差下可以處理更高的電流,從而實現(xiàn)更高的功率密度 。這一特性使得該SiC MOSFET非常適合于對功率密度和長期可靠性要求嚴苛的儲能和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。

2.2.3. 開爾文源極引腳

B3M013C120Z采用TO-247-4封裝,相比傳統(tǒng)三引腳TO-247封裝,其多了一個獨立的開爾文源極引腳(Kelvin Source Pin) 。這一設(shè)計解決了困擾高速開關(guān)器件的共源極電感問題 。在傳統(tǒng)三引腳封裝中,柵極驅(qū)動回路和主功率回路共用一個源極引腳。當(dāng)大電流在主功率回路中快速開關(guān)(高 di/dt)時,共源極引線的寄生電感會產(chǎn)生一個負反饋電壓(Lsource??di/dt),疊加在柵極驅(qū)動電壓上 。這種效應(yīng)會顯著降低實際施加于柵極-源極的驅(qū)動電壓,減緩器件的開通速度,或在關(guān)斷時產(chǎn)生電壓過沖和振鈴,增加開關(guān)損耗,甚至導(dǎo)致誤導(dǎo)通,從而影響系統(tǒng)的可靠性 。

開爾文源極引腳的引入將柵極驅(qū)動回路從主功率回路中獨立出來,使得柵極驅(qū)動器能夠以一個近乎無電流流動的參考點來驅(qū)動?xùn)艠O,從而最小化柵極驅(qū)動回路的雜散電感 。這使得B3M013C120Z能夠充分發(fā)揮其極快的開關(guān)速度,同時抑制開關(guān)過程中的電壓尖峰和振鈴 。這種封裝上的優(yōu)化,是實現(xiàn)高頻高效、降低電磁干擾(EMI)并提升系統(tǒng)魯棒性的關(guān)鍵,它從器件層面解決了高頻電源設(shè)計中的一個核心挑戰(zhàn)。

2.2.4. 雪崩耐用性

雪崩耐用性是衡量功率MOSFET在極端條件下魯棒性的一個重要指標。它描述了器件在漏-源電壓短暫超過其額定擊穿電壓(BVDSS?)時,能夠吸收瞬態(tài)能量而不被永久損壞的能力 。雖然在正常設(shè)計中應(yīng)避免雪崩事件,但在實際應(yīng)用中,由于感性負載關(guān)斷、瞬態(tài)浪涌或電源線突變等不可預(yù)測的因素,電壓尖峰可能會發(fā)生。

B3M013C120Z將“雪崩耐用性”明確列為一項特性 。這意味著該器件通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和制造工藝,能夠在瞬態(tài)應(yīng)力下保持穩(wěn)定,防止因局部過熱或不可控電流激增而導(dǎo)致的災(zāi)難性失效 。這種特性為電源系統(tǒng)提供了一道重要的“安全防線”,顯著增強了其在復(fù)雜、惡劣運行環(huán)境下的魯棒性和長期現(xiàn)場可靠性 。在儲能和數(shù)據(jù)中心這類對可靠性有極致要求的應(yīng)用中,該特性是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

3. 電路拓撲與實現(xiàn)方案:雙向非隔離式Buck-Boost與交錯并聯(lián)

為充分利用B3M013C120Z SiC MOSFET的優(yōu)越性能,設(shè)計者需采用與之匹配的先進電路拓撲。雙向非隔離式Buck-Boost電路與交錯并聯(lián)技術(shù)的結(jié)合,提供了一種高效、高密度、高可靠性的解決方案。

3.1. 雙向非隔離式Buck-Boost拓撲

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該拓撲是一種基礎(chǔ)且高效的非隔離式變換器,由兩個開關(guān)管和一個電感構(gòu)成。它可以在降壓(Buck)和升壓(Boost)兩種模式下雙向工作 。在儲能應(yīng)用中,該拓撲可作為電池儲能單元與直流母線之間的接口。當(dāng)電池充電時,它工作在降壓模式,將高壓直流母線電壓降至電池充電電壓;當(dāng)電池放電時,它工作在升壓模式,將電池電壓升至母線電壓為負載供電 。非隔離式設(shè)計因其電路結(jié)構(gòu)簡單、元件數(shù)量少而具備固有優(yōu)勢:沒有變壓器,從而減少了磁性元件相關(guān)的損耗,提高了轉(zhuǎn)換效率,并顯著減小了體積和重量 。

3.2. 交錯并聯(lián)(Interleaving)技術(shù)

交錯并聯(lián)技術(shù)通過將兩個或更多個相同的變換器并聯(lián),并以固定的相移進行開關(guān)驅(qū)動,從而形成一個多相系統(tǒng) 。對于兩相交錯并聯(lián)拓撲,其相位差通常為 180°。這種技術(shù)不僅擴展了功率處理能力,更帶來了多項關(guān)鍵的性能提升。

表3: 雙向DCDC拓撲技術(shù)優(yōu)勢對比
特性
輸入/輸出電流紋波
無源元件尺寸
等效開關(guān)頻率
電流應(yīng)力分布
效率

交錯并聯(lián)最直接的好處是紋波的抵消效應(yīng) 。通過多相電流的疊加與相位抵消,輸入和輸出的電流紋波都得到了顯著降低。這使得設(shè)計者可以使用更小值的電感和電容來滿足濾波要求,從而直接減小了整個電源模塊的尺寸和重量 。同時,交錯并聯(lián)的等效開關(guān)頻率是單相拓撲的兩倍,進一步支持了無源元件的縮小,并提升了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度 。此外,總電流被均勻地分配到每個并聯(lián)的相位上,降低了單個SiC MOSFET的電流應(yīng)力,從而減少了傳導(dǎo)損耗,并提高了整體的系統(tǒng)效率和可靠性 。這種拓撲與SiC器件的低損耗特性相輔相成,共同實現(xiàn)了前所未有的高功率密度設(shè)計。

4. 設(shè)計方案的技術(shù)優(yōu)勢綜合分析

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基于B3M013C120Z SiC MOSFET的雙向非隔離式Buck-Boost交錯并聯(lián)方案,其技術(shù)優(yōu)勢是多方面協(xié)同作用的結(jié)果,最終體現(xiàn)在效率、功率密度和可靠性等系統(tǒng)級指標的全面提升。

4.1. 高效率與低損耗

該設(shè)計方案的效率優(yōu)勢源于器件和拓撲層面的雙重優(yōu)化。從器件層面來看,B3M013C120Z極低的導(dǎo)通電阻和開關(guān)能量從根本上降低了傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗 。從拓撲層面來看,交錯并聯(lián)技術(shù)將總電流均分,進一步降低了單個器件的傳導(dǎo)損耗,并通過紋波抵消效應(yīng)優(yōu)化了濾波,減少了無源元件的損耗 。系統(tǒng)的總損耗可被精確計算和預(yù)測,其主要由傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗構(gòu)成。傳導(dǎo)損耗的計算基于器件的導(dǎo)通電阻和電流的均方根值,而開關(guān)損耗則依賴于開關(guān)能量和工作頻率。數(shù)據(jù)手冊中提供了詳細的開關(guān)能量與電流、電壓和溫度的關(guān)系曲線(如圖17-20)以及導(dǎo)通電阻與電流和溫度的關(guān)系曲線(如圖5-7) 。這使得設(shè)計者能夠利用這些數(shù)據(jù),通過公式 Ptotal?≈Pcond?+Psw?=RDS(on)??ID,rms2?+(Eon?+Eoff?)?fsw? ,對系統(tǒng)總損耗進行精確估算和優(yōu)化。這種基于實測數(shù)據(jù)和標準模型的定量分析,有力地證明了該方案在效率上的優(yōu)越性,遠超傳統(tǒng)硅基方案。

4.2. 極致的功率密度

該方案的極致功率密度是多項技術(shù)共同作用的結(jié)果。首先,B3M013C120Z SiC MOSFET的高速開關(guān)能力允許設(shè)計者將開關(guān)頻率提升至傳統(tǒng)硅器件無法企及的水平,這使得電感、電容等儲能無源元件的體積可以大幅縮小 。其次,交錯并聯(lián)拓撲通過紋波抵消效應(yīng),進一步允許使用更小值的電感和電容,在保證性能的同時,進一步壓縮了無源元件的尺寸 。最后,銀燒結(jié)封裝技術(shù)顯著降低了結(jié)-殼熱阻,使得器件能夠在更小的散熱器上散耗更多的熱量,或在相同散熱條件下處理更高的功率 。開爾文源極引腳則保障了這一高頻高密度系統(tǒng)在電氣上的穩(wěn)定性。這幾項技術(shù)并非孤立存在,而是形成了一個閉環(huán)優(yōu)化:SiC的高速開關(guān)能力是基礎(chǔ),交錯并聯(lián)技術(shù)是實現(xiàn)其優(yōu)勢的拓撲保障,而銀燒結(jié)和開爾文源極則分別從熱和電氣穩(wěn)定性上,解決了高功率密度設(shè)計帶來的熱和寄生效應(yīng)挑戰(zhàn)。

4.3. 高可靠性與系統(tǒng)魯棒性

該方案通過多重手段提升了系統(tǒng)的可靠性。電氣層面,開爾文源極引腳通過抑制寄生電感效應(yīng),有效降低了開關(guān)瞬態(tài)過程中的電壓振鈴和過沖 。這對于直流母線電壓可能因負載變化而快速波動的儲能和數(shù)據(jù)中心環(huán)境尤為重要,能夠避免器件在瞬態(tài)應(yīng)力下失效。熱管理層面,銀燒結(jié)封裝在熱循環(huán)應(yīng)力下的優(yōu)異表現(xiàn),確保了系統(tǒng)在長期高負荷運行中的穩(wěn)定性,遠超傳統(tǒng)焊料 。此外,器件本身的雪崩耐用性為系統(tǒng)提供了額外的安全保障,使其能夠承受未知的電壓尖峰,防止災(zāi)難性失效 。盡管高頻開關(guān)會帶來電磁干擾(EMI)的挑戰(zhàn),但交錯并聯(lián)拓撲的紋波抵消效應(yīng)有助于簡化EMI濾波器的設(shè)計,而通過優(yōu)化布局和柵極驅(qū)動電路,可以有效緩解這一問題 。

表4: 設(shè)計方案系統(tǒng)級優(yōu)勢綜合表
性能維度
高效率
高功率密度
高可靠性
低系統(tǒng)成本

5. 應(yīng)用場景深度分析:儲能與數(shù)據(jù)中心

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5.1. 儲能系統(tǒng)(ESS)

在儲能系統(tǒng)中,該雙向DC/DC變換器作為電池單元與高壓直流母線之間的核心功率接口。其雙向能量流動的能力使其能夠無縫地管理電池的充電和放電過程 。該方案在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用價值體現(xiàn)在以下幾個方面:

平抑可再生能源波動: 在電網(wǎng)級儲能應(yīng)用中,該變換器可將儲能單元接入直流母線,利用其雙向能力平抑風(fēng)能、太陽能等間歇性可再生能源的能量波動,從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量 。

支持電動汽車(EV)充電樁 在EV充電基礎(chǔ)設(shè)施中,該方案可作為大功率充電樁的關(guān)鍵模塊,實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。其雙向能力也為未來的車網(wǎng)互動(V2G)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),即車輛不僅能從電網(wǎng)充電,也能在用電高峰時將能量回饋給電網(wǎng),幫助穩(wěn)定電網(wǎng) 。

5.2. 數(shù)據(jù)中心

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隨著AI算力的需求爆發(fā),數(shù)據(jù)中心對高能效電源的需求日益增長。該SiC方案可顯著降低數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的能耗,減少碳足跡,并為下一代數(shù)據(jù)中心架構(gòu)提供支持 。

高壓直流(HVDC)配電: 該變換器在下一代HVDC配電架構(gòu)中扮演著關(guān)鍵角色。它可以連接不同電壓等級的子系統(tǒng),簡化電源鏈,減少多級轉(zhuǎn)換帶來的損耗 。

不間斷電源(UPS): 該方案在雙向UPS中的應(yīng)用價值巨大。它能夠在市電中斷時,從備用電池快速、高效地為負載供電;而在市電恢復(fù)后,又能以高效率為電池充電,確保系統(tǒng)的持續(xù)可用性。其高效率意味著在相同功率下產(chǎn)生更少的熱量,從而降低數(shù)據(jù)中心的冷卻成本。

6. 發(fā)展前景、挑戰(zhàn)與展望

6.1. 市場趨勢與驅(qū)動力

全球SiC功率半導(dǎo)體市場正處于高速增長的快車道。據(jù)權(quán)威市場分析機構(gòu)Yole的預(yù)測,全球SiC功率半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)計將從2021年的11億美元增長到2027年的63億美元,年復(fù)合增長率超過34% 。這一增長主要由新能源汽車、儲能、光伏和數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的旺盛需求所驅(qū)動 。隨著技術(shù)成熟和成本下降,SiC器件在這些領(lǐng)域的滲透率將持續(xù)提升,成為替代傳統(tǒng)硅基器件的必然趨勢。

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6.2. 主要挑戰(zhàn)

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盡管前景廣闊,SiC技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。目前,SiC功率器件的價格普遍高于同等規(guī)格的硅器件數(shù)倍 。這主要源于SiC襯底材料的制備難度高、生長速率慢、良率低,導(dǎo)致其成本居高不下 。此外,SiC器件的制造工藝,如高溫退火、柵氧質(zhì)量控制等,相較于成熟的硅工藝也更為復(fù)雜,限制了產(chǎn)能的快速擴張 。這些挑戰(zhàn)導(dǎo)致市場在短期內(nèi)面臨供不應(yīng)求的局面,是影響其在更廣泛領(lǐng)域普及的主要瓶頸。

6.3. 未來展望

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解決上述挑戰(zhàn)是SiC產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的核心方向。技術(shù)創(chuàng)新將集中于襯底制備工藝的改進,如溶液生長法等,以實現(xiàn)降本增效 。在封裝方面,除了銀燒結(jié),研究人員還在探索成本更低的替代方案,例如銅燒結(jié),以進一步降低封裝成本 。此外,在系統(tǒng)設(shè)計層面,更高級的拓撲和控制策略,如磁集成技術(shù),將與SiC器件協(xié)同,進一步提升電源系統(tǒng)的綜合性能。隨著這些技術(shù)的逐步成熟和產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)的顯現(xiàn),SiC器件的價格有望持續(xù)下降,從而加速其在儲能、數(shù)據(jù)中心等高價值領(lǐng)域的滲透。

7. 結(jié)論與建議

深圳市傾佳電子有限公司(簡稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
交通電動化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機)及高壓平臺升級;
數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動國產(chǎn)SiC替代進口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國家“雙碳”政策(碳達峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
需求SiC碳化硅MOSFET單管及功率模塊,配套驅(qū)動板及驅(qū)動IC,請搜索傾佳電子楊茜

傾佳電子的分析表明,基于基本半導(dǎo)體B3M013C120Z SiC MOSFET的非隔離式雙向Buck-Boost交錯并聯(lián)方案,在效率、功率密度和可靠性方面具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。該方案將SiC器件的低損耗、高速開關(guān)特性與交錯并聯(lián)拓撲的紋波抵消、電流均分優(yōu)勢完美結(jié)合,并通過銀燒結(jié)封裝和開爾文源極引腳等先進技術(shù),從根本上解決了高頻高功率設(shè)計中的熱和電氣穩(wěn)定性難題。該方案是應(yīng)對儲能和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域?qū)Ω咝?、緊湊、高可靠性電源迫切需求的理想解決方案。

對于工程師而言,盡管該方案的初始器件成本可能高于傳統(tǒng)硅方案,但從系統(tǒng)級角度考量,其在能效、散熱、體積和長期可靠性上的顯著優(yōu)勢,將帶來更低的運營成本和更高的投資回報率。未來的設(shè)計應(yīng)重點關(guān)注如何通過優(yōu)化電路布局來最小化寄生電感,并結(jié)合精細的熱管理策略,以充分釋放SiC器件的全部潛能。隨著SiC產(chǎn)業(yè)鏈的成熟,該技術(shù)將成為推動下一代電源電子發(fā)展的基石。

審核編輯 黃宇

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