風能和太陽能等必不可少的可再生能源解決方案通常與能源存儲結合使用，是該行業增長最快的行業之一，寬帶隙碳化硅（SiC）技術是這些解決方案的核心。終端系統設計人員已經確定，SiC功率半導體可實現比硅（Si）更高效，更小且更具成本效益的解決方案。SiC組件在處理電網級電壓方面具有更高的可靠性，并具有超凡的性能。

可再生能源系統中的SiC與Si器件

Wolfspeed致力于SiC領域，經過30多年的廣泛研究，擁有適用于所有功率應用的寬帶隙SiC器件產品組合，這些器件均重視效率，功率密度和整體系統成本。

圖1：Wolfspeed SiC可以實現太陽能DC / DC和DC / AC功率轉換。

由于結果，可再生能源領域的硬件設計人員（例如太陽能或儲能）已經利用碳化硅。SiC可以進行高頻開關而不會降低效率；簡單來說，這意味著較小的電路磁通量和在整個溫度范圍內更平坦的導通電阻（RDS（on）），從而在真實工作條件下降低了傳導損耗。SiC既是從PV面板上增加功率，又是將功率轉換回電網，是一個明確的選擇，因為SiC可通過提高功率密度，減小系統的尺寸和重量以及平衡系統成本來實現設計。

Wolfspeed SiC的真正設計影響

目前，SiC被證明比傳統使用的硅更有效。太陽能串系統在一系列面板和并網逆變器之間實現最大功率點跟蹤（MPPT）。MPPT本質上是一個升壓轉換器，其中效率和功率密度對于系統設計的性能至關重要。在過去的設計中，升壓器將基于IGBT，器件的開關頻率為15–30 kHz，效率在?97％的范圍內。

通過與Wolfspeed C3M MOSFET和C4D二極管實現相同的升壓電路，系統級效率現已達到99.5％的峰值，總體MPPT尺寸和成本得到了顯著改善（圖2）。

圖2：與Wolfspeed的SiC 60kW MPPT增壓器（右）相比，IGBT 50kW MPPT增壓器（左）的物理尺寸

Wolfspeed SiC的設計實現非常簡單：提高SiC MOSFET的開關頻率，并利用SiC升壓二極管的接近零的反向恢復特性。這有助于實現最低的電路損耗，同時最大程度地減小升壓電感器，電容器和冷卻系統的尺寸，從而降低成本。

性能比較

為什么增加開關頻率如此有影響？因為使用Wolfspeed SiC器件，該系統可以以IGBT的3倍至4倍的開關頻率工作，同時提高了整體效率。

圖3并排比較了硅IGBT和Wolfspeed SiC MOSFET之間的器件開關頻率，以及對升壓器無源元件和冷卻設計的相關系統級影響。可以清楚地看到，隨著SiC MOSFET開關頻率增加到60 kHz或更高，可以將體積龐大且成本高的升壓電感器，電容器和散熱片降至最低。

圖3：SiC開關頻率效應

從圖4可以看出，增加開關頻率對升壓電感的值和尺寸的實際影響。升壓扼流圈的尺寸可以減小到16kHz IGBT解決方案的一半，成本可以降低約40％。

圖4：采用IGBT和SiC MOSFET的升壓電感器選擇（SiC MOSFET = 47 kHz，140 μH）

結論

Wolfspeed SiC當前正在實現廣泛的應用，因為事實證明，基于SiC的解決方案比傳統的基于Si的解決方案具有更高的效率，功率密度和系統成本效益。設計人員可以利用SiC MOSFET的更高開關速度和更低的傳導損耗來減小電路磁性元件和其他無源元件的尺寸和成本，從而實現功率密度的顯著提高，而不會影響效率和成本。

注意：以上列出的所有數字均為近似值，可能會根據應用程序而更改。

編輯：hfy