【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。

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

輸(shu)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)以(yi)及(ji)靈(ling)敏(min)設(she)備(bei)都(dou)需(xu)要(yao)妥(tuo)善(shan)的(de)保(bao)護(hu)，以(yi)防(fang)因(yin)為(wei)長(chang)時(shi)間(jian)過(guo)載(zai)和(he)瞬(shun)態(tai)短(duan)路(lu)情(qing)況(kuang)而(er)受(shou)到(dao)損(sun)壞(huai)。隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)壓(ya)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，可(ke)能(neng)的(de)最(zui)大(da)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)也(ye)比(bi)以(yi)往(wang)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)都(dou)更(geng)高(gao)。為(wei)了(le)針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)高(gao)電(dian)流(liu)故(gu)障(zhang)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)超(chao)快(kuai)速(su)交(jiao)流(liu)和(he)直(zhi)流(liu)斷(duan)路(lu)器(qi)。過(guo)去(qu)，機(ji)械(xie)斷(duan)路(lu)器(qi)一(yi)直(zhi)是(shi)此(ci)類(lei)應(ying)用(yong)的(de)主(zhu)要(yao)選(xuan)擇(ze)，然(ran)而(er)隨(sui)著(zhe)工(gong)作(zuo)要(yao)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)苛(ke)，固(gu)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)歡(huan)迎(ying)。相(xiang)較(jiao)於(yu)機(ji)械(xie)斷(duan)路(lu)器(qi)，固(gu)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)具(ju)有(you)許(xu)多(duo)優(you)勢(shi)：

·穩健性和可靠性：機ji械xie斷duan路lu器qi內nei含han活huo動dong部bu件jian
，因yin此ci相xiang對dui易yi於yu受shou損sun。這zhe意yi味wei著zhe它ta們men容rong易yi損sun壞huai或huo因yin為wei運yun動dong而er意yi外wai自zi動dong斷duan開kai，並bing且qie在zai使shi用yong期qi間jian，每mei次ci複fu位wei都dou會hui出chu現xian磨mo損sun。相xiang比bi之zhi下xia
，固gu態tai斷duan路lu器qi不bu含han活huo動dong部bu件jian，因yin此ci更geng加jia穩wen健jian可ke靠kao
，也ye不bu太tai容rong易yi出chu現xian意yi外wai損sun壞huai
，因yin此ci能neng夠gou反fan複fu進jin行xing數shu千qian次ci斷duan開kai/閉合操作。

·溫度靈活性：機ji械xie斷duan路lu器qi的de工gong作zuo溫wen度du取qu決jue於yu其qi製zhi造zao材cai料liao，因yin此ci在zai工gong作zuo溫wen度du方fang麵mian存cun在zai一yi定ding的de限xian製zhi。相xiang比bi之zhi下xia，固gu態tai斷duan路lu器qi的de工gong作zuo溫wen度du更geng高gao並bing且qie可ke以yi調tiao節jie，因yin此ci它ta能neng夠gou更geng加jia靈ling活huo地di適shi應ying不bu同tong的de工gong作zuo環huan境jing。

·遠程配置：jixieduanluqizaitiaozhahouxuyaorengongshoudongfuwei，zhekenengfeichanghaoshiqiechengbengaoang，tebieshizaiduogeanzhuangdianjinxingdaguimobushudeqingkuangxia
，lingwaiyekenengcunzaianquanyinhuan。ergutaiduanluqizekeyitongguoyouxianhuowuxianlianjiejinxingyuanchengfuwei。

·開關速度更快且不會產生電弧：jixieduanluqizaikaiguanshikenenghuichanshengjiaodadedianhuhedianyabodong，zuyisunhuaifuzaishebei。gutaiduanluqicaiyongruanqidongfangfa
，keyibaohudianlubushouzhexieganyingdianyajianfenghedianronglangyongdianliudeyingxiang，erqiekaiguansuduyaokuaideduo，zaifashengguzhangshizhixujihaomiaojikeqieduandianlu。

·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）發fa展zhan，目mu前qian沒mei有you單dan一yi器qi件jian能neng夠gou實shi現xian這zhe一yi電dian阻zu水shui平ping。雖sui然ran理li論lun上shang可ke以yi通tong過guo並bing聯lian多duo個ge器qi件jian來lai實shi現xian該gai數shu字zi，但dan這zhe樣yang的de做zuo法fa會hui顯xian著zhu增zeng加jia方fang案an的de尺chi寸cun和he成cheng本ben，尤you其qi是shi在zai需xu要yao處chu理li雙shuang向xiang電dian流liu的de情qing況kuang下xia。

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 heyouhuadesanrexiaoguo。xiafangzhexiewanquanjichengdemokuaijuyouyouhuadeyinjiaoweizhihebuju，youzhuyujianshaojishengxiaoying，tigaokaiguanxingnenghesuoduanguzhangxiangyingshijian。ansenmeitigongfengfuduoyangde 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。

（作者: 安森美電源方案事業群工業方案部高級總監Sravan Vanaparthy）

免責聲明：本文為轉載文章
，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

使用大麵積分析提升半導體製造的良率

你準備好迎接新興汽車雷達衛星架構了嗎

？

如何幫助提高混合動力汽車/電動汽車電池斷開係統的安全性和效率

大算力時代, 如何打破內存牆

輕鬆了解功率MOSFET的雪崩效應