氫電解器旨在利用多種能源(電網(wǎng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能或電池儲(chǔ)能系統(tǒng))通過(guò)水電解生產(chǎn)氫氣。當(dāng)以可再生能源為動(dòng)力時(shí)，這些系統(tǒng)旨在以環(huán)保方式生產(chǎn)氫氣，減少對(duì)化石燃料的依賴并最大限度降低碳排放。電解制氫可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括交通運(yùn)輸用燃料電池、工業(yè)流程以及能源存儲(chǔ)。隨著可再生能源滲透率的提高，綠氫電解系統(tǒng)為向可持續(xù)、低碳的未來(lái)能源基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn)。

該行業(yè)正經(jīng)歷快速增長(zhǎng)，原因包括技術(shù)進(jìn)步、與可再生能源的融合、政策和投資支持以及分布式生產(chǎn)。高溫電解和先進(jìn)膜材料等創(chuàng)新技術(shù)正在提高效率和可擴(kuò)展性。混合系統(tǒng)正在研發(fā)中，以確保綠氫的穩(wěn)定供應(yīng)。政府和私營(yíng)部門的支持對(duì)于拓展氫經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，小型模塊化裝置正部署在靠近終端用戶的位置，以降低運(yùn)輸成本并提高靈活性，從而滿足不同的需求水平。

功率轉(zhuǎn)換是氫電解系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及將來(lái)自電源的電能轉(zhuǎn)換為電解所需的形式。核心組件包括整流器和直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，它們能高效管理和轉(zhuǎn)換電能。功率模塊解決方案將這些組件整合為一體化系統(tǒng)，具有可擴(kuò)展的模塊化設(shè)計(jì)、用于散熱的高效熱管理系統(tǒng)以及保障最佳性能和安全性的精密控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)解決方案指南深入概述了氫電解器應(yīng)用，探討了新興的市場(chǎng)和技術(shù)趨勢(shì)，并重點(diǎn)介紹了安森美(onsemi)為該領(lǐng)域量身定制的全面且高效的功率解決方案。

框圖 - 氫電解器

下面的框圖展示了采用安森美推薦產(chǎn)品的氫電解器系統(tǒng)方案， 集成了安森美旗下的智能電源與感知技術(shù)，其中大部分功能模塊器件( 包括功率模塊及分立器件、 柵極驅(qū)動(dòng)器、 標(biāo)準(zhǔn)集成電路 (IC) 與信號(hào)類產(chǎn)品) 均可從安森美豐富的產(chǎn)品組合中獲取。

高功率模塊方案

高功率集成模塊 (PIM)

QDual 3 系列 IGBT 模塊不僅能提升功率密度， 在特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下， 輸出功率比現(xiàn)有同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品高出 10% 。 模塊內(nèi)置的 FS 7 IGBT 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)出色的效率， 既能降低成本， 又能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。

在兆瓦級(jí)能源基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中， 通常采用 3 個(gè) QDual 3 半橋模塊構(gòu)成一個(gè)三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 通過(guò)將多個(gè) QDual 3 模塊并聯(lián)， 單個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 1.2MW( 需 18 個(gè) QDual 3 模塊) 或 1.8 MW( 需 27 個(gè) QDual 3 模塊) 的輸出功率。 與采用600 A 模塊的傳統(tǒng)方案相比， 可將模塊用量減少 30% ， 在大幅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的同時(shí)顯著降低系統(tǒng)成本。

Qdual3 IGBT 模塊 NXH800H120L7QDSG

集成的 FS 7 系列 IGBT 與第 7 代二極管可實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗， 助力設(shè)計(jì)人員打造兼具高效率與出色可靠性的系統(tǒng)。

關(guān)鍵特性：

場(chǎng)截止溝槽型 7 型 IGBT 與第 7 代二極管

1200 V、 800 A 二合一半橋 IGBT PIM

隔離式基底

NTC 熱敏電阻

可焊接引腳

低電感布局

Qdual 3 封裝

圖 1： Qdual3 模塊封裝

F5BP 混合 PIM NXH500B100H7F5SHG

雙通道飛跨電容升壓模塊， 每路通道包含兩顆 1000 V、500 A 的 IGBT 和兩顆 1200 V、 120 A 的碳化硅 (SiC)二極管。 F5BP PIM 封裝具備出眾的散熱性能， 相較F5-PIM 封裝， 熱阻降低 9% ， 可支持 1500 VDC 系統(tǒng)，是公用事業(yè)級(jí)應(yīng)用的理想選擇。

關(guān)鍵特性：

飛跨電容升壓模塊

1000 V 場(chǎng)截止 7 型 IGBT 和 1200 V SiC 二極管

低電感布局

焊接引腳

集成式 NTC 熱敏電阻

無(wú)鉛、 無(wú)鹵化物器件

圖 2： F5BP 模塊封裝

全SiC模塊方案

安森美的 M3S EliteSiC F1 與 F2 系列功率集成模塊 (PIM) 具備顯著優(yōu)勢(shì)， 擁有出眾的散熱性能、 高功率密度及更強(qiáng)的可靠性， 旨在為先進(jìn)能源基礎(chǔ)設(shè)施提供兼具成本效益與高效率的方案， 同時(shí)支持多模塊堆疊使用， 以實(shí)現(xiàn)數(shù)百千瓦(kW) 以上的功率輸出。

F2 全橋 PIM NXH007F120M3F2PTHG

關(guān)鍵特性：

7m? / 1200 V M3S SiC MOSFET 全橋

HPS DBC ( 直接鍵合銅) 襯底

15V 至 18V 柵極驅(qū)動(dòng)器

預(yù)涂覆熱界面材料 (TIM)

支持負(fù)柵極電壓， 易于驅(qū)動(dòng)

壓接式引腳

圖3： F2 SiC 模塊封裝

F1 半橋 PIM NXH008P120M3F1PTG

關(guān)鍵特性：

8m? / 1200 V M3S SiC MOSFET 半橋

卓越的 FOM [ = RDS(on) * Eoss ]

依托 M3S 技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的開關(guān)性能

15V 至 18V 柵極驅(qū)動(dòng)器

支持負(fù)柵極電壓，易于驅(qū)動(dòng)

提供預(yù)涂覆熱界面材料 (TIM) 與無(wú)預(yù)涂覆 TIM 兩種選擇

壓接式引腳

圖4： F1 SiC 模塊封裝