CC-IP0101 Link架构对于解决更多电力需求至关重要

　　近年来，太阳能光伏(PV)和电池系统等关键领域取得了技术进步，固态变压器(SST)、储能系统(ESS)和兆瓦级充电系统(MCS)等新技术也随之出现。对于电力电子设备而言，这些进步更加注重提高系统效率、增加功率密度和降低系统成本。

　　就太阳能光伏系统而言，光伏组件价格的持续下跌将开发商的注意力转移到了降低整体系统成本上。最初的努力集中在单个组件的成本优化上，收效甚微。为了进一步降低成本，需要进行系统级创新，提高总线电压，以便在相同的功率水平下实现更低的电流。IEC和ANSI标准认为1500 V属于低电压类别，导致1500 V总线电压成为新的基线。

　　在新兴的兆瓦级充电系统中也可以看到采用更高的总线电压，其中充电连接器设计为支持1500 V总线，具有宽工作总线电压，保持向后兼容传统电力电子设备[1]。

　　为了满足1500 V DC总线应用日益增长的需求，Wolfspeed推出了2300 V WolfPACK电源模块。2300 V无基板电源模块产品组合利用Wolfspeed的200 mm碳化硅晶片，并进行多项改进，以最大限度地利用内部的2300V SiC MOSFET。与标准氧化铝(Al2O3)陶瓷相比，氮化铝(AlN)陶瓷通过增加厚度提供了改进的热性能，从而增加了散热器的外壳隔离电压。模块外壳采用具有高相对漏电指数(CTI)的高CTI塑料材料，降低了1500 V总线应用的爬电距离和电气间隙要求。

　　图一。2300 V Wolfpack GM模块，带高CTI塑料外壳。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　2300 V技术增强了系统耐用性

　　在需要1500 V DC总线的应用中，耐用性是最重要的考虑因素。在储能等始终在线的应用中尤其如此，无论系统是空载还是满载运行，系统总线电压都会保持在1500 V左右。

　　宇宙射线适合率影响MOSFET单粒子烧毁(SEB)事件，这显著影响器件的可靠性。设备的故障时间(FIT)定义为设备运行10亿小时内预期的故障次数，用单位面积(FIT/ mm2)或每台设备表示。它是现场安装的电力电子设备在其寿命期间随机故障概率的指标。Wolfspeed分析了2 kV和2.3 kV设备技术在海平面上的适合率，得出了采用2300 V的战略决策，以大幅提高宇宙射线对市场上现有解决方案的适合度。在1500 V总线电压下，2300 V与2000 V SiC MOSFET技术的FIT率提高了8倍，与类似的2 kV SiC MOSFET相比，2.3 kV SiC MOSFET因单次事件烧毁事件而发生故障的概率降低了8倍。(图2)

　　图二。Wolfspeed 2.0 kV和2.3 kV技术的符合率比较。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　与采用硅IGBTs的类似系统相比，在1500 V应用中，使用快速开关SiC器件时，电压过冲可能会更高。等式(1)描述了功率电子电路中的电压过冲，其为功率模块的杂散电感，并涉及电流的上升速率。

　　ΔV=−LSTRAY⋅didt(1)Δ�=−������⋅����(1)由于SiC MOSFETs开关期间的值明显较高，即使对于几纳亨(nH)的杂散电感，电压过冲也很高。额外的300 V裕量(与2000 V技术相比)实现了更快的开关，而没有2000 V时的击穿电压下限，并降低了过载条件下的关断要求。

　　与IGBTs相比，基于SiC的设计提高了系统性能

　　2300 V技术能够在1500 V总线上实现标准电力电子转换器拓扑，易于实现2级拓扑，而不是复杂的3级拓扑。对于兆瓦级充电和储能应用，趋势是推动更高的开关频率。这是由于开关频率的增加通过显著减小无源滤波器元件的尺寸而提高了功率密度。在高开关频率下，总功率半导体损耗预计由开关损耗决定。因此，比较开关损耗将有助于了解器件是否适合这种使用情况。

　　图3提供了CAB7R5A23GM4与62 mm 1700 V IGBT半桥模块在类似条件下的总开关损耗比较。电流为200 A时，2300V SiC MOSFET的开关损耗比IGBT解决方案低9倍。选择该IGBT模块是因为其外形、相似的额定电流以及在1ω栅极电阻下可获得开关数据，从而能够与2300 V GM Wolfpack进行真正的比较。由于拟合率和过冲电压问题，1500 V总线应用不会选择1700V IGBT。类似额定值的真正2000 V IGBT模块的损耗将远远高于图3所示，从而提供明显更好的改善。