中压碳化硅技术推动的高功率电子应用：综述

High-Power Electronic Applications Enabled by Medium Voltage Silicon-Carbide Technology: An Overview

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/TPEL.2025.10634818

作者	Morten Rahr Nielsen · Shiyue Deng · Abdul Basit Mirza · Benjamin Futtrup Kjærsgaard · Asger Bjørn Jørgensen · Hongbo Zhao
期刊	IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期	2024年8月
技术分类	系统并网技术
相关度评分	★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词	中压碳化硅技术高功率电子转换器半导体器件电力模块应用前景

语言:

中文摘要

随着社会的电气化和绿色转型，对支持电力需求的高效大功率电子转换器的需求达到了前所未有的高度。关键推动因素是新兴的中压（MV）碳化硅（SiC）半导体器件，与硅基同类器件相比，其静态和动态性能均有所提升。本文全面概述了中压碳化硅技术的最新进展，研究了工业界和学术界现有的半导体器件和功率模块，并通过全面回顾典型的大功率电子应用，将这些器件和模块与它们的适用性直接关联起来。最后，对中压碳化硅技术的适用性和商业普及前景进行了展望。

English Abstract

With the electrification of society and the green transition, the need for efficient high-power electronic converters to support the electricity demand is at an all-time high. A key enabler is the emerging medium voltage (MV) silicon-carbide (SiC) semiconductor devices, which offer improved static and dynamic performance compared to their silicon-counterparts. This article presents a thorough overview of the recent advancements within the MV SiC technology, examining both available semiconductor devices and power modules from industry and academia and directly associates them to their applicability through a comprehensive review of typical high-power electronic applications. At last, the future perspectives on the applicability and commercial widespread of the MV SiC technology are presented.

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，中压碳化硅（MV SiC）技术的发展为我们在光伏逆变器、储能系统及新能源解决方案领域带来了重大战略机遇。该技术相较于传统硅基器件在静态和动态性能上的显著提升，直接契合我们产品向高功率密度、高效率方向演进的核心需求。

在光伏逆变器应用场景中，MV SiC器件能够支持更高的直流母线电压（1500V甚至更高），减少串联器件数量，简化拓扑结构，这对于大型地面电站和工商业分布式项目具有明显的系统成本优势。其优异的开关特性可将逆变器效率提升至99%以上，显著降低发电损耗。在储能变流器（PCS）领域，MV SiC技术能够实现更宽的调制范围和更快的功率响应速度，这对于电网侧储能的调频调峰应用至关重要，同时可减少散热系统体积，提升功率密度30%以上。

然而，技术应用仍面临挑战：首先是MV SiC器件和功率模块的供应链成熟度有待提升，成本仍是商业化推广的主要障碍；其次是栅极驱动、封装技术和可靠性验证需要系统性的工程化突破；此外，与现有产品平台的兼容性也需要深入评估。

从战略布局角度，建议我们加强与上游半导体厂商的技术合作，提前进行MV SiC器件的应用验证和拓扑优化研究，特别是在10kV以上电压等级的风电变流器和大型储能系统中开展试点应用。随着技术成熟度提升和成本下降，MV SiC将成为我们保持技术领先地位的关键使能技术，预计3-5年内将在高端产品线实现规模化应用。