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固態(tài)變壓器(SST)中不控整流技術(shù)的深入分析

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 2025-12-10 17:03 ? 次閱讀
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固態(tài)變壓器(SST)中不控整流技術(shù)的深入分析與碳化硅二極管模塊的技術(shù)優(yōu)勢研究報(bào)告

傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體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,力推BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET單管,SiC碳化硅MOSFET功率模塊,SiC模塊驅(qū)動板等功率半導(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(jìn)口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!

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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. 執(zhí)行摘要

隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建和智能電網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,電力電子變壓器,即固態(tài)變壓器(Solid State Transformer, SST),正逐漸成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的核心樞紐。SST通過引入功率半導(dǎo)體器件和高頻變壓器技術(shù),不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)工頻變壓器的電壓變換和電氣隔離功能,還具備了潮流控制、無功補(bǔ)償、諧波治理及直流接口等高級功能。在SST的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,整流級,特別是高頻隔離級副邊的整流環(huán)節(jié),是決定系統(tǒng)效率、功率密度和可靠性的關(guān)鍵子系統(tǒng)。盡管同步整流技術(shù)在低壓應(yīng)用中日益普及,但在中高壓、大功率的SST應(yīng)用場景下,基于二極管的不控整流方案因其控制簡單、可靠性高和抗電磁干擾能力強(qiáng),依然占據(jù)重要地位。

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然而,傳統(tǒng)硅(Si)基二極管在高頻開關(guān)環(huán)境下受限于反向恢復(fù)特性,產(chǎn)生了巨大的開關(guān)損耗和電磁干擾,嚴(yán)重制約了SST向更高頻率和更高功率密度的演進(jìn)。以碳化硅(SiC)為代表的寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料的出現(xiàn),為突破這一物理瓶頸提供了革命性的解決方案。

傾佳電子旨在深入剖析SST中不控整流的基本工作原理,并結(jié)合深圳基本半導(dǎo)體股份有限公司(BASIC Semiconductor)發(fā)布的B3DM100120N碳化硅肖特基二極管模塊技術(shù)資料,全面論證SiC二極管模塊在SST不控整流應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢。分析表明,得益于SiC材料的寬禁帶、高臨界擊穿場強(qiáng)和高熱導(dǎo)率特性,以及B3DM100120N模塊零反向恢復(fù)電流、正溫度系數(shù)和SOT-227封裝的低寄生電感設(shè)計(jì),SiC二極管模塊能夠顯著降低SST的系統(tǒng)損耗,提升開關(guān)頻率,減小磁性元件體積,并增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣工況下的熱穩(wěn)定性和抗浪涌能力。

2. 固態(tài)變壓器(SST)的技術(shù)背景與架構(gòu)演進(jìn)

2.1 從工頻變壓器到固態(tài)變壓器的跨越

傳統(tǒng)的電力變壓器基于電磁感應(yīng)定律,在50Hz或60Hz的工頻下運(yùn)行。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,變壓器的感應(yīng)電動勢與頻率、磁通密度和鐵芯截面積成正比。在頻率固定的情況下,為了傳輸大功率,必須采用大體積的鐵芯和粗重的銅繞組,導(dǎo)致傳統(tǒng)變壓器體積龐大、重量沉重,且缺乏對電壓和潮流的動態(tài)調(diào)節(jié)能力 。此外,傳統(tǒng)變壓器還面臨著絕緣油污染環(huán)境、鐵芯飽和導(dǎo)致勵(lì)磁涌流以及無法有效隔離電網(wǎng)諧波等問題 。

固態(tài)變壓器(SST)通過引入電力電子變換技術(shù),從根本上改變了這一能量轉(zhuǎn)換模式。SST首先將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電,再逆變?yōu)楦哳l交流電(通常在幾kHz至幾百kHz),通過高頻變壓器(HFT)進(jìn)行耦合和變壓,最后再整流和逆變?yōu)樗璧墓ゎl交流或直流輸出。由于運(yùn)行頻率的大幅提升,高頻變壓器的體積和重量得以顯著減小(體積與頻率大致成反比關(guān)系),從而大幅提升了系統(tǒng)的功率密度 。更重要的是,SST通過對功率器件的控制,能夠?qū)崿F(xiàn)電壓穩(wěn)壓、功率因數(shù)校正(PFC)、雙向潮流控制以及對分布式能源(光伏、儲能)的直接直流接入 。

2.2 SST的拓?fù)浼軜?gòu)分類

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SST的內(nèi)部架構(gòu)決定了其性能和應(yīng)用場景,目前主流的研究和應(yīng)用集中在以下三種架構(gòu):

單級式(Single-Stage)架構(gòu):采用矩陣變換器或周波變換器實(shí)現(xiàn)AC/AC的直接變換。這種架構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)緊湊,但缺乏中間直流環(huán)節(jié),無法提供無功補(bǔ)償,且難以隔離輸入側(cè)的電壓擾動,控制策略極其復(fù)雜 。

雙級式(Two-Stage)架構(gòu):包含AC/DC和DC/AC兩個(gè)環(huán)節(jié),或者引入一個(gè)高頻DC/DC隔離級。這種架構(gòu)在一定程度上解耦了輸入和輸出,但通常只在低壓側(cè)或高壓側(cè)存在一個(gè)直流母線 。

三級式(Three-Stage)架構(gòu):這是目前中高壓大功率SST最受青睞的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其典型配置為“輸入整流級(AC/DC)+ 中間隔離級(DC/DC)+ 輸出逆變級(DC/AC)” 。

輸入級(AC/DC):通常采用級聯(lián)H橋(CHB)或模塊化多電平換流器(MMC)結(jié)構(gòu),負(fù)責(zé)將中壓交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電(HVDC),并實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)控制 。

隔離級(Isolated DC/DC):這是SST的核心,負(fù)責(zé)電氣隔離和電壓等級變換。通常采用雙有源橋(DAB)或LLC諧振變換器拓?fù)洌瑢⒏邏褐绷髡{(diào)制為高頻方波,經(jīng)高頻變壓器耦合后,在副邊進(jìn)行整流 。

輸出級(DC/AC):將低壓直流電逆變?yōu)橛脩羲璧墓ゎl交流電或直接輸出直流電供數(shù)據(jù)中心等負(fù)載使用 。

2.3 不控整流在SST中的關(guān)鍵角色

在三級式SST架構(gòu)中,整流過程不僅發(fā)生在網(wǎng)側(cè)輸入端,更關(guān)鍵地發(fā)生在DC/DC隔離級的副邊。

雖然雙有源橋(DAB)拓?fù)洳捎萌匦烷_關(guān)管(如MOSFET或IGBT)實(shí)現(xiàn)雙向功率流動,但在許多應(yīng)用場景中——例如單向流動的電動汽車充電樁、數(shù)據(jù)中心供電單元以及簡化版的單向SST——能量僅需從電網(wǎng)流向負(fù)載 。在這些場景下,DC/DC隔離級副邊的全控開關(guān)被**不控整流橋(二極管橋)**所取代。

采用不控整流的SST隔離級具有顯著優(yōu)勢:

簡化控制與驅(qū)動:二極管整流無需柵極驅(qū)動電路,不需要檢測過零點(diǎn)或同步信號,消除了復(fù)雜的副邊控制邏輯,極大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和故障率 。

避免直通風(fēng)險(xiǎn):有源整流橋存在上下橋臂直通短路的風(fēng)險(xiǎn),需要設(shè)置死區(qū)時(shí)間,而不控整流橋不存在此問題,本質(zhì)上更加魯棒 18。

成本效益:消除昂貴的SiC MOSFET/IGBT及其驅(qū)動電路,顯著降低了BOM成本 18。

然而,在高頻SST中,不控整流二極管面臨著極高的頻率應(yīng)力。輸入波形不再是平滑的50Hz正弦波,而是高頻(幾十kHz至幾百kHz)、高dv/dt的方波或準(zhǔn)方波。這就要求整流二極管必須具備極佳的動態(tài)特性,這正是傳統(tǒng)硅器件的軟肋,也是碳化硅技術(shù)大展身手的舞臺 17。

3. SST中不控整流的基本原理與物理機(jī)制

3.1 不控整流電路的工作機(jī)理

在SST的高頻隔離級中,不控整流電路通常采用全橋結(jié)構(gòu)。對于單相高頻變壓器輸出,由四個(gè)二極管組成單相全橋;對于三相高頻變壓器輸出(常見于大功率模塊),則由六個(gè)二極管組成三相橋 。

3.1.1 換流過程

以單相全橋?yàn)槔漭斎胄盘枮楦哳l變壓器副邊的電壓vsec(t)。

正半周:當(dāng)vsec>0且幅值大于直流母線電壓時(shí),對角線上的二極管組(例如D1和D4)承受正向偏置電壓導(dǎo)通,電流流向負(fù)載電容。此時(shí),另外兩個(gè)二極管(D2和D3)承受反向電壓截止。

負(fù)半周:當(dāng)vsec翻轉(zhuǎn)為負(fù)值時(shí),D2和D3導(dǎo)通,D1和D4截止。

輸出:輸出端獲得的是脈動的直流電壓,經(jīng)濾波電容平滑后形成穩(wěn)定的直流母線電壓VDC 。

3.1.2 高頻下的特殊性

SST中的整流與傳統(tǒng)工頻整流的根本區(qū)別在于頻率。工頻整流的換流周期為10ms(50Hz半周期),電流變化率di/dt較低。而SST工作頻率通常在20kHz以上,甚至達(dá)到100kHz-500kHz 。在這種高頻環(huán)境下,二極管的**反向恢復(fù)(Reverse Recovery)**特性成為決定系統(tǒng)性能的致命因素。

3.2 硅基二極管的物理局限性:反向恢復(fù)效應(yīng)

傳統(tǒng)硅(Si)基整流二極管(如PiN二極管)通過向低摻雜的漂移區(qū)注入少數(shù)載流子(空穴)來降低導(dǎo)通電阻(電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng))。然而,當(dāng)二極管從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)(反向偏置)時(shí),漂移區(qū)內(nèi)存儲的大量少數(shù)載流子不能瞬間消失,必須通過反向電流抽取或復(fù)合來清除。

這一物理過程導(dǎo)致了**反向恢復(fù)電流(Irr)**的產(chǎn)生:

在關(guān)斷瞬間,電流不會立即截止,而是反向流過二極管,形成一個(gè)巨大的電流尖峰。

這個(gè)反向電流必須被原邊的高頻逆變器開關(guān)管(MOSFET/IGBT)承擔(dān),導(dǎo)致開通損耗(Eon)劇增。

反向恢復(fù)電流的快速切斷(Snappy Recovery)會與變壓器的漏感(Lk)發(fā)生諧振,產(chǎn)生極高的電壓尖峰(Vspike=Lk?di/dt)和嚴(yán)重的電磁干擾(EMI) 。

數(shù)據(jù)支撐:對于傳統(tǒng)的硅快恢復(fù)二極管(FRD),反向恢復(fù)電荷Qrr隨溫度升高而急劇增加。在高頻SST中,這意味著隨著頻率的提升,二極管的開關(guān)損耗呈線性增長(Psw=Qrr?V?f),產(chǎn)生的熱量極易導(dǎo)致熱失控,從而限制了SST的工作頻率通常只能停留在20kHz左右,無法充分發(fā)揮SST體積小型化的優(yōu)勢 。

4. 碳化硅(SiC)二極管模塊的技術(shù)優(yōu)勢分析

碳化硅(SiC)作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料,其物理特性從根本上克服了硅材料在電力電子應(yīng)用中的局限。

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4.1 材料物理特性的代際跨越

通過對比Si和4H-SiC的物理參數(shù),可以清晰地看出SiC在SST整流應(yīng)用中的先天優(yōu)勢。

表1:硅(Si)與碳化硅(4H-SiC)材料物理特性對比

禁帶寬度 (Eg) 1.12 eV 3.26 eV 允許在更高溫度下工作,大幅降低高溫下的漏電流,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。
臨界擊穿場強(qiáng) (Ec) 0.3 MV/cm 2.0 - 3.0 MV/cm 允許在相同耐壓下使用更薄的漂移層,顯著降低導(dǎo)通電阻(Ron)和正向壓降(VF)。
熱導(dǎo)率 (λ) 1.5 W/cm·K 4.9 W/cm·K 熱導(dǎo)率是硅的3倍以上,極大提升散熱效率,允許更高的功率密度和更小的散熱器體積。
**電子飽和漂移速度 (vsat) ** 1.0×107 cm/s 2.0×107 cm/s 支持更快的開關(guān)速度,適應(yīng)SST的高頻化需求。
物理特性 硅 (Si) 碳化硅 (4H-SiC) 對SST整流性能的影響

4.2 SiC肖特基二極管(SBD)的零反向恢復(fù)特性

SiC材料最核心的應(yīng)用優(yōu)勢在于它使得**高壓肖特基二極管(SBD)**成為可能。

多子導(dǎo)電機(jī)制:SiC SBD是多數(shù)載流子器件,導(dǎo)電過程僅涉及電子的漂移,不存在少數(shù)載流子的注入和存儲效應(yīng)。

零反向恢復(fù):因此,SiC SBD在關(guān)斷時(shí)幾乎沒有反向恢復(fù)電流(Irr≈0)。實(shí)際觀測到的微小反向電流僅由結(jié)電容充電的位移電流引起,其反向恢復(fù)電荷(Qc)極小,且與溫度、正向電流大小和電流變化率(di/dt)無關(guān)。

這一特性是SST實(shí)現(xiàn)高頻、高效不控整流的物理基礎(chǔ)。

5. 結(jié)合文檔分析:B3DM100120N模塊在SST中的技術(shù)優(yōu)勢

本節(jié)將結(jié)合上傳的深圳基本半導(dǎo)體股份有限公司(BASIC Semiconductor)發(fā)布的B3DM100120N碳化硅二極管模塊數(shù)據(jù)手冊 36,深入剖析其在SST不控整流環(huán)節(jié)的具體技術(shù)優(yōu)勢。

5.1 模塊參數(shù)概覽

B3DM100120N是一款采用SOT-227封裝的1200V/100A(每臂)碳化硅肖特基二極管模塊。其關(guān)鍵參數(shù)直接對標(biāo)SST的高性能需求。

表2:B3DM100120N 關(guān)鍵電氣參數(shù)解析

反向重復(fù)峰值電壓 VRRM 1200 V - 完美適配800V-1000V的中壓直流母線隔離級整流。
連續(xù)正向電流 IF 100 A* / 200 A** Tc=110°C 高電流密度支持百千瓦級(kW)甚至兆瓦級(MW)SST單元的功率需求。
總電容電荷 Qc 545 nC VR=800V 極低的Qc意味著開關(guān)損耗幾乎可以忽略不計(jì)。
正向壓降 VF 1.46 V (Typ) IF=100A,25°C 低導(dǎo)通壓降保證了高負(fù)載下的導(dǎo)通效率。
正向浪涌電流 IFSM 750 A 10ms半正弦波 具備極強(qiáng)的抗電網(wǎng)沖擊能力,適合復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境。
參數(shù)名稱 符號 典型值/最大值 測試條件 SST應(yīng)用解讀

** 每臂數(shù)據(jù) (Per Leg), ** 整管數(shù)據(jù) (Per Device)*

5.2 優(yōu)勢一:消除開關(guān)損耗,突破頻率限制

在SST的不控整流級中,B3DM100120N憑借其“零反向恢復(fù)”特性,解決了硅二極管的熱瓶頸。

損耗分析:數(shù)據(jù)手冊顯示,B3DM100120N的總電容電荷Qc僅為545 nC 36。相比之下,同電壓等級的硅快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷Qrr通常在微庫侖(μC)級別,是SiC的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。

頻率提升:由于消除了Irr,二極管的關(guān)斷損耗幾乎為零。這使得SST設(shè)計(jì)者可以將開關(guān)頻率從傳統(tǒng)的10-20kHz提升至50kHz-100kHz甚至更高 25。

系統(tǒng)收益:頻率的提升直接導(dǎo)致高頻變壓器和無源濾波元件體積的縮小。根據(jù)變壓器設(shè)計(jì)公式Ae∝1/f,頻率提升5倍意味著磁芯體積可減小約80%,極大地提升了SST的功率密度 。同時(shí),由于沒有反向恢復(fù)電流疊加到原邊開關(guān)管上,原邊逆變器的開通損耗也大幅降低,系統(tǒng)整體效率可提升2%-6% 28。

5.3 優(yōu)勢二:正溫度系數(shù)帶來的并聯(lián)熱穩(wěn)定性

在大功率SST應(yīng)用中(如兆瓦級數(shù)據(jù)中心供電),往往需要多模塊并聯(lián)以承載大電流。

硅的缺陷:硅二極管通常具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC),VF隨溫度升高而降低。并聯(lián)時(shí),溫度較高的二極管導(dǎo)通壓降更低,分流更多電流,導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高,最終引發(fā)熱失控 28。

SiC的優(yōu)勢:B3DM100120N表現(xiàn)出顯著的正溫度系數(shù)(PTC)。數(shù)據(jù)手冊顯示,VF從25°C時(shí)的1.46V上升至175°C時(shí)的2.13V 。

自平衡機(jī)制:如果并聯(lián)模塊中的某一路溫度升高,其電阻會自動增加,從而迫使電流流向溫度較低的支路。這種本征的均流能力消除了對均流電阻或復(fù)雜熱管理策略的需求,極大簡化了SST的并聯(lián)設(shè)計(jì),提升了系統(tǒng)的長期可靠性 。

5.4 優(yōu)勢三:JBS結(jié)構(gòu)賦予的高浪涌魯棒性

電網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜,SST常需面對雷擊浪涌、故障切除等瞬態(tài)沖擊。早期的SiC肖特基二極管抗浪涌能力較弱,但這在現(xiàn)代產(chǎn)品中已得到解決。

技術(shù)解析:B3DM100120N能夠承受高達(dá)750 A的非重復(fù)正向浪涌電流(IFSM),是其額定電流的7.5倍 36。這表明該器件采用了先進(jìn)的**混合PiN肖特基(MPS)**結(jié)構(gòu)。

JPS機(jī)制:在正常工作時(shí),器件作為純肖特基二極管運(yùn)行;而在高電流浪涌下,器件內(nèi)部集成的P+區(qū)域會注入少數(shù)載流子,利用電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)顯著降低電阻,從而耗散浪涌能量,防止器件燒毀。這種設(shè)計(jì)確保了SST在電網(wǎng)故障下的生存能力,符合工業(yè)級和車規(guī)級的高可靠性標(biāo)準(zhǔn) 。

5.5 優(yōu)勢四:卓越的熱性能與高溫工作能力

SST作為電力設(shè)備,往往需要在封閉或高溫環(huán)境下長期運(yùn)行。

高溫耐受:B3DM100120N的結(jié)溫(Tj)額定值高達(dá)175°C。相比硅器件通常150°C的限制,SiC提供了更大的熱安全裕度。

熱阻優(yōu)勢:得益于SiC材料4.9 W/cm·K的高熱導(dǎo)率(是硅的3倍)以及SOT-227封裝的優(yōu)異設(shè)計(jì),該模塊的結(jié)殼熱阻(Rth(j?c))僅為0.30 K/W(每臂)36。這意味著在相同的損耗下,SiC芯片的溫升更低,或者在相同的溫升限制下,可以處理更大的功率,從而允許設(shè)計(jì)者縮小散熱器體積,進(jìn)一步提升功率密度 。

6. SOT-227封裝在SST應(yīng)用中的獨(dú)特價(jià)值

除芯片本身的性能外,基本半導(dǎo)體B3DM100120N采用的**SOT-227(ISOTOP)**封裝形式對SST應(yīng)用也至關(guān)重要。分析表明,該封裝完美契合了高頻大功率SST的工程需求。

6.1 高絕緣耐壓與安規(guī)適應(yīng)性

絕緣性能:數(shù)據(jù)手冊明確指出,該模塊的絕緣電壓(VISOL)達(dá)到2500V。SOT-227采用直接鍵合銅(DBC)陶瓷基板,實(shí)現(xiàn)了芯片與底板的電氣隔離。

工程價(jià)值:在SST設(shè)計(jì)中,這意味著模塊可以直接安裝在接地的散熱器上,無需額外的絕緣墊片(如云母片或?qū)峁枘z墊)。這不僅簡化了裝配工藝,消除了因絕緣墊片老化導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn),還大幅降低了從芯片到散熱器的熱阻,提升了系統(tǒng)的整體散熱效率 。

6.2 低寄生電感設(shè)計(jì)適應(yīng)高頻開關(guān)

低電感設(shè)計(jì):SOT-227是一種低輪廓、四端子螺絲鎖緊封裝。相比于引腳細(xì)長的TO-247封裝,SOT-227內(nèi)部的鍵合線更短,且端子結(jié)構(gòu)更加緊湊,具有極低的寄生電感(Ls)。

抑制電壓尖峰:在SST的高頻不控整流中,開關(guān)瞬間的電流變化率(di/dt)極高。根據(jù)公式Vspike=Ls?di/dt,封裝電感越小,關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰就越小。SOT-227的低電感特性,配合SiC二極管的軟恢復(fù)特性,顯著降低了電壓過沖,減小了對RC吸收電路(Snubber)的需求,從而進(jìn)一步降低了損耗和EMI干擾 。

6.3 模塊化與易用性

結(jié)構(gòu)穩(wěn)固:SOT-227封裝采用螺絲鎖緊端子,能夠承受比焊接引腳更大的機(jī)械應(yīng)力和電流沖擊,適合連接匯流排(Busbar),這在大電流(>100A)的SST設(shè)計(jì)中是標(biāo)準(zhǔn)連接方式 。

爬電距離:手冊顯示其端子間爬電距離為10.4mm ,滿足高壓應(yīng)用的安全規(guī)范,無需額外的灌封處理即可用于較高的電壓等級。

7. 結(jié)論

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(jī))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(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國家“雙碳”政策(碳達(dá)峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。

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固態(tài)變壓器(SST)代表了電力電子技術(shù)在能源分配領(lǐng)域的未來方向,而不控整流技術(shù)因其獨(dú)特的可靠性和成本優(yōu)勢,在SST的隔離級設(shè)計(jì)中扮演著不可或缺的角色。然而,硅基器件的物理極限長期以來制約了SST向高頻化、小型化的發(fā)展。

通過對基本半導(dǎo)體B3DM100120N碳化硅二極管模塊的深入技術(shù)分析,本報(bào)告得出以下結(jié)論:

SiC材料特性(寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng))是實(shí)現(xiàn)高性能不控整流的物理基礎(chǔ)。

零反向恢復(fù)特性徹底消除了二極管的開關(guān)損耗,打破了SST的頻率限制,使得系統(tǒng)頻率可從20kHz提升至100kHz以上,從而大幅減小了變壓器和濾波器的體積與重量。

正溫度系數(shù)和MPS結(jié)構(gòu)賦予了器件優(yōu)異的并聯(lián)均流能力和抗浪涌能力,極大提升了SST在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下的可靠性。

SOT-227封裝提供了低熱阻、高絕緣和低寄生電感的物理載體,最大化地釋放了SiC芯片的性能潛力,簡化了系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。

綜上所述,采用以B3DM100120N為代表的先進(jìn)碳化硅二極管模塊,是解決SST不控整流環(huán)節(jié)效率與熱管理痛點(diǎn)的最佳技術(shù)路徑,對于推動固態(tài)變壓器在智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心及新能源汽車充電設(shè)施中的廣泛應(yīng)用具有重要的工程價(jià)值和戰(zhàn)略意義。

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