作者：安森美

 
在全球气候变化日益严峻的背景下，节能减排已成为国际社会共同面临的重大课题。各国政府纷纷出台政策，推动能源结构转型和低碳经济发展，旨在实现《巴黎协定》设定的温升控制目标。在此趋势下，高效、环保的电源技术成为了行业发展的关键方向。作为全球领先的高能效电源管理解决方案提供商，安森美（onsemi）就不断推出创新产品，致力于加速电源技术的绿色变革。从最新的碳化硅（SiC）技术到集成度更高的电源模块，再到多产品组合的完整电源方案，安森美的技术创新不仅体现了对环境责任的担当，也为行业树立了新的标杆。本文将深入探讨安森美近期发布的几款代表性产品，分析其如何引领电源技术走向更加绿色可持续的发展道路。
 
以创新模块化设计挖掘性能潜力
 
模块化设计在很多领域都成为一种提高产品集成度、功率效率和降低成本的有效方式，而功率半导体应用领域尤其显著，无论是新能源应用、电动汽车和储能领域都收到欢迎。模块化设计通过集成多个功率器件和功能，简化了系统设计和组装过程，提高了系统的可靠性和效率。模块化产品通常具有更好的热管理性能和电气性能，能够承受更高的功率密度和更严苛的工作环境。安森美今年就推出了多款功率模块的最新迭代。
 
其中F5BP封装的最新一代硅和碳化硅混合功率集成模块就非常适合用于提高大型太阳能组串式逆变器或储能系统 (ESS) 的功率。与前几代产品相比，这些模块在相同尺寸下提供了更高的功率密度和效率，将太阳能逆变器的总系统功率从 300 kW提高到 350 kW。这意味着，使用最新一代模块的装机容量为一千兆瓦的大型太阳能发电场，每小时可实现近两兆瓦的节能效果，相当于每年为超过 700 户家庭供电。此外，要达到与上一代产品相同的功率，所需的模块数量更少，可将功率器件的元器件成本降低 25% 以上。
 

 
由于太阳能发电的平准化能源成本 (LCOE) 最低，太阳能正日益成为全球可再生能源发电的首选。为了弥补太阳能发电的不稳定性，公用事业运营商也在增设大型电池储能系统 (BESS) ，以确保电网的稳定供能。为了支持这种系统组合，制造商和公用事业公司需要能够提供最高效率和可靠电力转换的解决方案。每提高 0.1% 的效率，对于每千兆瓦装机容量，每年可节省 25 万美元的运营成本。
 
F5BP-PIM集成了1050V FS7 IGBT和1200V D3 EliteSiC二极管，实现高电压和大电流转换的同时降低功耗并提高可靠性。FS7 IGBT 关断损耗低，可将开关损耗降低达 8%，而EliteSiC二极管则提供了卓越的开关性能，与前几代产品相比，导通压降 (VF) 降低了15%。
这些PIM包含了一种创新的I型中点箝位 (INPC) 拓扑结构的逆变器模块和飞跨电容拓扑结构的升压模块。这些模块还使用了优化的电气布局和先进的直接铜键合 (DBC) 基板，以降低杂散电感和热阻。此外，铜基板进一步将结到散热片的热阻降低了9.3%，确保模块在重载下保持冷却。这种热管理对于保持模块的效率和使用寿命至关重要，使其在需要可靠和持续供电的苛刻应用中非常有效。
 
碳化硅技术再迭代，新平台EliteSiC M3e性能升级
 
如果电源技术没有重大创新，现有的基础设施将无法满足全球日益增长的智能化和电气化出行需求，而电气化的未来依赖于先进的功率半导体，电源创新对于实现全球电气化和阻止气候变化至关重要。碳化硅技术被人们寄予厚望，每一代新的碳化硅技术都会优化单元结构，以在更小的面积上高效传输更大的电流，从而提高功率密度。结合公司自有的先进封装技术，安森美能最大化提升性能并减小封装尺寸，其EliteSiC M3e MOSFET将发挥关键作用，以更低的千瓦成本实现下一代电气系统的性能和可靠性，从而加速普及电气化并强化实施效果。
 
由于能够在更高的开关频率和电压下运行，该平台可有效降低电源转换损耗，这对于电动汽车动力系统、直流快速充电桩、太阳能逆变器和储能方案等广泛的汽车和工业应用至关重要。此外，EliteSiC M3e MOSFET 将促进数据中心向更高效、更高功率转变，以满足可持续人工智能引擎指数级增长的能源需求。
 
EliteSiC M3e MOSFET 在可靠且经过实际验证的平面架构上显著降低了导通损耗和开关损耗。与前几代产品相比，该平台能够将导通损耗降低30%，并将关断损耗降低多达50%1。通过延长SiC平面MOSFET的寿命并利用EliteSiC M3e 技术实现出色的性能，安森美可以确保该平台的坚固性和稳定性，使其成为关键电气化应用的首选技术。M3e MOSFET 还提供超低导通电阻(RSP)和抗短路能力，这对于占据SiC市场主导地位的主驱逆变器应用来说至关重要。M3e 裸片与之前的EliteSiC技术相比，能够提供更大的相电流，使同等尺寸主驱逆变器的输出功率提升约20%。换句话说，在保持输出功率不变的情况下，新设计所需的SiC材料可以减少20%，成本更低，并且能够实现更小、更轻、更可靠的系统设计。
 

 
强强联合的组合方案向性能优化要效率
 
俗话说，“好钢要用到刀刃上”、“一个好汉三个帮”，要实现当前新能源、储能和数据中心等对效率敏感的领域的高效率运营，个别功率器件的“单打独斗”有时候挖掘效率的潜力有限，组合的方案能实现更高的效率。以能耗大户数据中心为例，如果能够减少约1%的电力损耗。全球的数据中心每年可以减少约10太瓦时的能源消耗，相当于每年为近百万户家庭提供全年的用电量。为此，安森美推出通过使用T10 PowerTrench系列和EliteSiC 650V的数据中心完整电源解决方案，强大组合为数据中心应用提供了一种完整解决方案，在更小的封装尺寸下达到了能效和热性能的极高指标。
 
预计在未来不到两年的时间，全球数据中心的电力需求将达到约1,000太瓦时（TWh），从电网到处理器，电力需要经过四次转换来为人工智能请求的处理提供电能，这可能导致约12%的电力损耗。在12%的损耗中，我们能挖掘很多效率的潜力空间。
 
安森美EliteSiC 650V MOSFET提供了卓越的开关性能和更低的器件电容，可在数据中心和储能系统中实现更高的效率。与上一代产品相比，新一代碳化硅(SiC)MOSFET的栅极电荷减半，并且将储存在输出电容(Eoss)和输出电荷(Qoss)中的能量均减少了44%。与超级结(SJ)MOSFET相比，它们在关断时没有拖尾电流，在高温下性能优越，能显著降低开关损耗。这使得客户能够在提高工作频率的同时减小系统元件的尺寸，从而全面降低系统成本。
 
另外，T10 PowerTrench系列专为处理对DC-DC功率转换级至关重要的大电流而设计，以紧凑的封装尺寸提供了更高的功率密度和卓越的热性能。这是通过屏蔽栅极沟槽设计实现的，该设计具有超低栅极电荷和小于1毫欧的导通电阻RDS(on)。此外，软恢复体二极管和较低的Qrr有效地减少了振铃、过冲和电气噪声，从而确保了在压力下的最佳性能、可靠性和稳健性。T10 PowerTrench 系列还符合汽车应用所需的严格标准。
 
通过使用T10 PowerTrench系列和EliteSiC 650V解决方案，预计数据中心能够减少约1%的电力损耗。而且，该组合解决方案还符合超大规模运营商所需的严格的开放式机架V3(ORV3)基本规范，支持下一代大功率处理器。