【導讀】如今，碳化矽 (SiC) 器件在電動汽車 (EV) 和太陽能光伏 (PV) 應用中帶來的性能優勢已經得到了廣泛認可。不過，SiC 的de材cai料liao優you勢shi還hai可ke能neng用yong在zai其qi他ta應ying用yong中zhong，其qi中zhong包bao括kuo電dian路lu保bao護hu領ling域yu。本ben文wen將jiang回hui顧gu該gai領ling域yu的de發fa展zhan

，同tong時shi比bi較jiao機ji械xie保bao護hu和he使shi用yong不bu同tong半ban導dao體ti器qi件jian實shi現xian的de固gu態tai斷duan路lu器qi (SSCB) 的優缺點。最後
，本文還將討論為什麼 SiC 固態斷路器日益受到人們青睞。

保護電力基礎設施和設備

shupeidianxitongyijilingminshebeidouxuyaotuoshandebaohu，yifangyinweichangshijianguozaiheshuntaiduanluqingkuangershoudaosunhuai。suizhedianlixitonghediandongqicheshiyongdedianyayuelaiyuegao，kenengdezuidaguzhangdianliuyebiyiwangrenheshihoudougenggao。weilezhenduizhexiegaodianliuguzhangtigongbaohu
，womenxuyaochaokuaisujiaoliuhezhiliuduanluqi。guoqu，jixieduanluqiyizhishicileiyingyongdezhuyaoxuanze
，ranersuizhegongzuoyaoqiuyuelaiyueyanke，gutaiduanluqiyuelaiyueshoudaohuanying。xiangjiaoyujixieduanluqi，gutaiduanluqijuyouxuduoyoushi：

●  穩健性和可靠性：jixieduanluqineihanhuodongbujian，yincixiangduiyiyushousun。zheyiweizhetamenrongyisunhuaihuoyinweiyundongeryiwaizidongduankai
，bingqiezaishiyongqijian，meicifuweidouhuichuxianmosun。xiangbizhixia，gutaiduanluqibuhanhuodongbujian，yincigengjiawenjiankekao
，yebutairongyichuxianyiwaisunhuai
，yincinenggoufanfujinxingshuqianciduankai/閉合操作。

●  溫度靈活性：jixieduanluqidegongzuowenduqujueyuqizhizaocailiao，yincizaigongzuowendufangmiancunzaiyidingdexianzhi。xiangbizhixia
，gutaiduanluqidegongzuowendugenggaobingqiekeyitiaojie，yincitanenggougengjialinghuodishiyingbutongdegongzuohuanjing。

●  遠程配置：機(ji)械(xie)斷(duan)路(lu)器(qi)在(zai)跳(tiao)閘(zha)後(hou)需(xu)要(yao)人(ren)工(gong)手(shou)動(dong)複(fu)位(wei)
，這(zhe)可(ke)能(neng)非(fei)常(chang)耗(hao)時(shi)且(qie)成(cheng)本(ben)高(gao)昂(ang)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)多(duo)個(ge)安(an)裝(zhuang)點(dian)進(jin)行(xing)大(da)規(gui)模(mo)部(bu)署(shu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，另(ling)外(wai)也(ye)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)。而(er)固(gu)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)則(ze)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)有(you)線(xian)或(huo)無(wu)線(xian)連(lian)接(jie)進(jin)行(xing)遠(yuan)程(cheng)複(fu)位(wei)。

●  開關速度更快且不會產生電弧：機(ji)械(xie)斷(duan)路(lu)器(qi)在(zai)開(kai)關(guan)時(shi)可(ke)能(neng)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)弧(hu)和(he)電(dian)壓(ya)波(bo)動(dong)

，足(zu)以(yi)損(sun)壞(huai)負(fu)載(zai)設(she)備(bei)。固(gu)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)采(cai)用(yong)軟(ruan)啟(qi)動(dong)方(fang)法(fa)，可(ke)以(yi)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)不(bu)受(shou)這(zhe)些(xie)感(gan)應(ying)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)和(he)電(dian)容(rong)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)影(ying)響(xiang)
，而(er)且(qie)開(kai)關(guan)速(su)度(du)要(yao)快(kuai)得(de)多(duo)，在(zai)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)時(shi)隻(zhi)需(xu)幾(ji)毫(hao)秒(miao)即(ji)可(ke)切(qie)斷(duan)電(dian)路(lu)。

●  靈活的電流額定值：固態斷路器具有可編程的電流額定值
，而機械斷路器則具有固定的電流額定值。

●  尺寸更小、重量更輕：相較於機械斷路器，固態斷路器重量更輕、體積更小。

現有固態斷路器的局限性

雖然固態斷路器相較於機械斷路器具有多項優勢，但它們也存在一些缺點，具體包括電壓/電流額定值受限製、導通損耗更高且價格更貴。通常
，對於交流應用，固態斷路器基於可控矽整流器 (TRIAC)，而對於直流係統，則基於標準平麵 MOSFET。TRIAC 或 MOSFET 負責實現開關功能，而光隔離驅動器則用作控製元件。然而
，在具有高輸出電流的情況下，基於 MOSFET 的高電流固態斷路器需要使用散熱片，這就意味著它們無法達到與機械斷路器相同的功率密度水平。

同樣地，使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 實現的固態斷路器也需要散熱片，因為當電流超過幾十安培時，飽和電壓會導致過多的功率損耗。舉例來說，當電流為 500 安培時，IGBT 上的 2V 壓降會產生高達 1000W 的功率損耗。對於同等功率水平，MOSFET 需要具有約 4 mΩ 的導通電阻。隨著電動汽車中器件的電壓額定值朝著 800V（甚至更高）fazhan，muqianmeiyoudanyiqijiannenggoushixianzheyidianzushuiping。suiranlilunshangkeyitongguobinglianduogeqijianlaishixiangaishuzi，danzheyangdezuofahuixianzhuzengjiafangandechicunhechengben，youqishizaixuyaochulishuangxiangdianliudeqingkuangxia。

使用 SiC 功率模塊打造下一代固態斷路器

與矽芯片相比
，SiC 芯片在相同額定電壓和導通電阻條件下
，尺寸可以縮小多達十倍。此外
，與矽器件相比
，SiC 器件的開關速度至少快 100 倍，並且它可以在高達兩倍以上的峰值溫度下工作。同時，SiC 具有出色的導熱性能，因此在高電流水平下具有更好的穩健性。安森美利用 SiC 的這些特性開發了一係列 EliteSiC 功率模塊，其 1200V 器件的導通電阻低至 1.7mΩ。這些模塊在單個封裝中集成了兩到六個 SiC MOSFET。

燒結芯片技術（將兩個獨立芯片燒結在一個封裝內）甚至在高功率水平下也能提供可靠的產品性能。由於具備快速開關行為和高熱導率，因此該類器件可以在故障發生時快速而安全地“跳閘”（斷開電路），阻止電流流動，直到恢複正常工作條件為止。這樣的模塊展示了越來越有可能將多個 SiC MOSFET 器件集成到單個封裝中
，以實現低導通電阻和小尺寸，從而滿足實際斷路器應用的需求。此外，安森美還提供承受電壓範圍為 650V 到 1700V 的 EliteSiC MOSFET 和功率模塊
，因此這些器件也可用於打造適合單相和三相家庭、商業和工業應用的固態斷路器。安森美具有垂直整合的 SiC 供應鏈

，能夠提供近乎零缺陷的產品，這些產品經過全麵的可靠性測試
，能夠滿足固態斷路器製造商的需求。

圖 1：安森美完整的端到端碳化矽 (SiC) 供應鏈

下圖展示了固態斷路器的模塊化實現方式

，其中以並聯配置連接多個 1200V SiC 芯片和多個開關來實現了極低的 rdson 和he優you化hua的de散san熱re效xiao果guo。下xia方fang這zhe些xie完wan全quan集ji成cheng的de模mo塊kuai具ju有you優you化hua的de引yin腳jiao位wei置zhi和he布bu局ju，有you助zhu於yu減jian少shao寄ji生sheng效xiao應ying，提ti高gao開kai關guan性xing能neng和he縮suo短duan故gu障zhang響xiang應ying時shi間jian。安an森sen美mei提ti供gong豐feng富fu多duo樣yang的de SiC 模塊產品組合，模塊額定電壓為 650V、1200V 和 1700V，並且其中一些模塊帶有底板
，而另一些則無底板
，以便滿足不同的應用需求和效率需求。

圖 2：適用於固態斷路器的 SiC B2B 模塊- 480VAC -200A

圖 3：適用於固態斷路器應用的安森美模塊

SiC 技術和固態斷路器將共同發展

jixieduanluqijuyoudigonglvsunhaohegenggaodegonglvmidu

，muqianjiageyediyugutaiduanluqi。lingwai，jixieduanluqirongyiyinweifanfushiyongerfashengmosun，bingqiefuweihuogenghuanhuichanshengangguiderengongweihuchengben。suizhediandongqichederiyipuji，shichangduiduanluqihe SiC 器件的需求將持續增長
，因此這種寬禁帶技術的成本競爭力會日益增強，並且其對固態斷路器方案的吸引力也會不斷增加。隨著 SiC 工藝技術的不斷進步和獨立 SiC MOSFET 的電阻進一步降低，固態斷路器的功率損耗最終會達到與機械斷路器相媲美的水平
，那時功率損耗將不再是個問題。基於 SiC 器件的固態斷路器具備開關速度快、無電弧以及零維護等優勢
，能夠帶來顯著的成本節約，因此必將成為市場廣泛采用的主流選擇。

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