【導讀】與矽技術相比，SiC MOSFET在光伏和儲能應用中具有明顯的優勢，它解決了能效與成本的迫切需求，特別是在需要雙向功率轉換的時候。

易yi於yu安an裝zhuang是shi大da功gong率lv光guang伏fu組zu串chuan式shi逆ni變bian器qi的de關guan鍵jian特te征zheng之zhi一yi。如ru果guo隻zhi需xu要yao兩liang個ge工gong人ren來lai搬ban運yun和he安an裝zhuang該gai係xi統tong，將jiang會hui非fei常chang利li於yu運yun維wei。因yin此ci
，尺chi寸cun和he重zhong量liang非fei常chang重zhong要yao。最zui新xin一yi代dai的de碳tan化hua矽gui半ban導dao體ti使shi電dian力li轉zhuan換huan效xiao率lv大da幅fu提ti高gao。這zhe不bu僅jin節jie省sheng了le能neng源yuan
，而er且qie使shi設she備bei更geng小xiao、更輕，相關的資本、安裝和維護成本更低。

關鍵的應用要求及其挑戰。

在光伏和儲能係統中，1500V的高係統電壓要求宇宙輻射引起的故障率非常低，同時要求功率器件具有更高的係統效率。由於這些矛盾的要求，ANPC多電平拓撲結構是目前首選的解決方案

，因為其在整個功率因數運行範圍內的效率最高（圖1）。這樣的逆變器完美適用於太陽能和電池存儲應用。

圖1：1500V光伏逆變器的兩種最常見拓撲結構的比較

適應ANPC拓撲結構的一種具有成本效益的方法是將英飛淩的1200V CoolSiC™ MOSFET與TRENCHSTOP™ IGBT7技術優化組合。圖2顯示了參考方案中的一個橋臂，其中T1、T4

、T5和T6由矽基IGBT和相應的矽續流二極管（FWD）組成。晶體管M2和M3由帶有體二極管的CoolSiC™ MOSFET組成。通過使用圖2中的調製方案[1]和[2]，IGBT在工頻50/60Hz的情況下開關。因此，IGBT被優化為具有較低的導通損耗。這樣，開關損耗隻發生在快速和高效的SiC MOSFET上。因此，SiC器件的數量減少到最低限度，實現了最佳的成本-性能比。

圖2：Easy 3B功率模塊中的ANPC拓撲結構及其調製方案

與IGBT逆變器方案相比
，尺寸相當的SiC MOSFET模塊也可以處理更多的功率。例如
，一個工作頻率為16kHz的英飛淩950V EasyPACK™ 3B IGBT模塊可以被兩個較小的EasyPACK™ 2B尺寸1200V CoolSiC™模塊取代，工作頻率為32 kHz。隨著功率處理能力增加32%，達到139千伏安，這個解決方案的功率轉換損失幾乎降低了5%。這進一步將逆變器的效率提高了0.3%——這是一場真正的"值得信賴的革命！"

圖3：在16kHz下開關的950V EasyPACK™ 3B IGBT解決方案與在32kHz下開關的EasyPACK™ 2B CoolSiC™ MOSFET解決方案的比較

參考設計證明了其優點。

為了證明在光伏組串和儲能逆變器中使用SiC MOSFET的顯著優勢
，英飛淩已經為額定功率高達300kW的1500 VDC係統開發了一個模塊化參考設計。該設計采用了新穎的雙向3電平ANPC拓撲結構
，在兩個方向上的效率接近99%，開關頻率高達96kHz（交錯並聯結構）。對於包括散熱器和所有控製在內的完整解決方案來說，功率密度大於5千瓦/公斤，在理想的80公斤最大機櫃重量中

，可輸出300千瓦功率。

通過使用SiC可以很容易地從整體效率的提高中計算出能源使用和成本節約；例如，與超級結Si MOSFET解決方案相比
，1200V CoolSiC™ MOSFET可以將ESS安裝中的損耗減半

，並提供通常2%的額外能量和運行時間。對於類似的性能，SiC MOSFET的單位成本通常高於IGBT。但在係統層麵上，硬件成本會大大降低
，因為更高的開關頻率允許使用更小、更便宜的磁性元件和散熱器。例如，在1500V的光伏組串逆變器中，每千瓦的成本可望至少節省5-10%（圖4）。

圖4：與IGBT相比，使用SiC MOSFET的組串逆變器的係統成本明顯降低

作者：sureshthangavel

翻譯：趙佳

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