為應對氣候變化、解決環境保護與經濟發展的矛盾，我國提出碳達峰、碳中和“3060”的目標。“雙碳”戰略的推進為各行各業注入了新的活力，不斷改變著行業的競爭格局，也催生了新能源汽車、光伏、風電、儲能等一批新型產業的興起。
相關數據顯示，我國新能源汽車累計銷量從2012年底的2萬輛，大幅攀升到今年5月底的1108萬輛。自2015年起，產銷量連續7年位居世界第一。在新能源發電領域，分析機構Wood Mac預計至2025年全球光伏和風電裝機量有望分別達到146GW和86GW。作為功率器件應用的重要下游，全球新能源滲透率的快速提升有望持續帶動功率器件下游需求，全行業景氣度有望維持高位。
IGBT等功率器件作為光伏逆變器、風電變流器及儲能變流器的核心半導體部件，對電流起到整流、逆變等作用，以實現新能源發電的交流并網、儲能電池的充放電等功能。因此IGBT等功率器件將充分受益于綠電及儲能的高速發展。根據相關機構測算，全球風電、光伏及儲能對IGBT的需求價值量將由2021年的86.7億元增長至2025年的182.50億元，CAGR高達20.45%。
在碳中和背景下，以光伏、風電、儲能為代表的新能源產業已顯現出長遠的發展價值，而電力轉換是新能源的核心技術，隨著碳化硅等新一代電力電子器件的出現，勢必會改變新能源行業的發展格局。
8月，PCIM ASIA 2022即將在上海舉辦，《變頻器世界》從本期開始，將與PCIM ASIA合作，共同打造全新的《電力電子專欄》。本期我們特邀請業內企業、專家、工程師圍繞“面對新興產業的發展和新興領域的應用需求，電力電子將做出哪些改變，以更好地滿足行業需求和促進電力電子技術的發展。”話題進行廣泛參與討論。
Q1
隨著光伏補貼的取消，光伏產業降成本將成為一個重要的話題，對于功率半導體廠商，您認為光伏產業降本增效應該從哪些方面出發？
陳子穎
英飛凌科技工業功率控制事業部市場總監
海上有豐富的風力資源，一般需要更大功率的風電機組，這對功率半導體的功率密度有更高的要求。海上風力發電機設計必須提供最大化的可用性，幫助保持電網的穩定性，所以同時需要更高的可靠性和壽命。
目前風電變流器的主流功率平臺是PrimePACK™ 3和EconoDUAL™ 3 IGBT模塊，在今年的PCIM展會上英飛凌將展出采用IGBT5.xt互聯技術的1800A/1700V PrimePACK™ 3+模塊和EconoDUAL™ 3 900A/750A配增強型二極管，1700V IGBT7。
采用IGBT5.xt的1700V PrimePACK™是未來幾年內風電市場的領先產品，可提供出色的功率循壞能力，從而延長使用壽命。PrimePACK™ 3+是種先進的功率模塊封裝，非常適合風能應用。封裝更適應嚴酷的環境，可實現高載流能力，產品的功率密度提高幅度高達25％，使用壽命增長10倍。
EconoDUAL™ 3有著不俗的溫度周次能力，能夠承受大的負載變化造成的封裝機械應力，一直是風力發電，光伏發電和商用電動車等的首選。采用微溝槽技術的IGBT7，EconoDUAL™ 3 best-in-class可以做到900A，標稱電流比IGBT4的600A大了50%，這樣大大提高的功率密度。750A配增強型二極管更是為風電應用定制而生。
小田切 亨
富士電機（中國）有限公司副總經理、半導體營業本部 本部長
隨著光伏各種補貼的取消，光伏行業成本上的競爭變得越來越激烈。目前逆變器成本已經被壓縮到了一個非常低的空間，進一步的大幅降低成本是比較困難的。除了成本的抑制以外，進一步提升效率、提高系統可靠性也需要重點考慮。
從功率半導體器件的視點看，我認為可以從以下幾個方面去考慮。
1. 使用更新一代的功率半導體器件來提升系統整體效率。例如富士最新的X系列IGBT模塊的損耗大約較上一代模塊可以降低10%左右。
2. 根據光伏的動作特點，例如開關速度快慢，電流能力高低的需求，靈活配置各IGBT和FWD芯片，例如使用高速和低速（低導通壓降）的芯片的混合配置，或者IGBT和FWD非1：1的電流配置等。
3. 對于1500V系統，使用2.xkV等級耐壓的器件搭建兩電平結構替代NPC（中點鉗位）三電平拓撲以減少模塊數量和逆變器體積。
4. 在原有的封裝基礎上，通過RC-IGBT、SiC等先進器件，進一步擴大電流等級，使得同樣的機型尺寸可以輸出更大的電流，實現更高功率密度。
賈鵬
安森美(onsemi)全球方案中心應用市場工程師
功率器件在光伏(PV)產業的主要表現形式是光伏逆變器中的逆變單元，隨著功率半導體產品的不斷發展，擁有更大耐壓的功率器件被大量采用在光伏逆變器中，這使得我們可以提高母線電壓，同樣也意味著相同功率下更小的電流，從而減小PV面板到逆變器中輸電電纜的尺寸，降低布線成本。其次，一般功率器件在光伏逆變器的成本占比只有約10%-15%，而無源器件和安裝運輸成本可能占到40%-50%。采用更高效的電路拓撲結構，或更高效的半導體材料，如碳化硅(SiC)，可以讓逆變器高頻運行，并且不犧牲散熱能力，從而減少無源器件和散熱器尺寸和重量，降低安裝運輸成本。最后，由高效拓撲和材料帶來的，也是最直觀的收益，即系統能效的上升，大大提高了發電量和用戶收益。
胡少偉
南京芯長征科技有限公司市場部經理
從器件角度：功率器件早期主要使用歐美品牌，近兩年國產品牌強勢崛起，在清潔能源領域share了部分市場份額，國產品牌更具性價比優勢。
從定制角度：國內品牌供應商，依據主流終端客戶的技術發展路線，從拓撲、封裝形式、器件規格等方面推出相應產品，降低系統成本。可靠性角度：產品可靠性關乎光伏企業的后期維護成本和品牌影響力，芯長征在產品可靠性方面做了大量布局(產業鏈、通用設備采購、定制設備開發、客戶特定需求轉化為可靠性的驗證的方案等等)，這些投入都是隱形的，但非常關鍵，也能為客戶減少售后成本。
王思亮
成都森未科技有限公司COO
逆變是光伏產業中的關鍵環節，而光伏逆變器中的核心器件是IGBT等功率半導體器件。器件本身的性能和損耗很大程度上決定了轉換效率和系統成本。因此，從IGBT等功率半導體方面考慮，提高器件的電流密度和開關頻率，同時降低器件的開關損耗，能夠同時達到降本增效的目的。
Doug Bailey
Power Integrations市場營銷副總裁
光伏(PV)市場已經面臨較高的成本壓力，補貼的降低很可能會引起進一步的整合。因此，系統層面的成本節約將是必需的。Power Integrations正在研究兩種方法：提高系統效率和采用新技術。
即插即用型SCALE-iFlex™ LT雙通道門極驅動器可將多個并聯EconoDUAL模塊的性能提高20%，使用戶可以從功率逆變器和變換器堆棧中節省每六個模塊中的一個。除了節省驅動器和模塊的成本外，這還降低了控制復雜性以及與模塊、接線、硬件和散熱有關的成本。
在部分應用中，從IGBT轉向SiC MOSFET可以實現顯著的性能提升，從而降低系統成本。Power Integrations的SCALE-iDriver™系列高效率單通道SiC MOSFET門極驅動器，可提供最大峰值輸出門極電流且無需外部推動級。這些器件經過設定后可支持不同的門極驅動電壓，來滿足市售SiC-MOSFET的需求。除了這些IC，Power Integrations還提供經過全面配置、測試和認證的SiC門極驅動板。
Q2
光電轉化效率是光伏降本的關鍵之一，貴公司如何通過新一代功率半導體幫助客戶解決當前困境，目前貴公司能為光伏行業提供怎么樣的解決方案，該方案的優勢如何體現？
陸思清
大中國區三菱電機半導體應用技術中心副經理
針對光伏行業，三菱電機新研發了工業LV100封裝IGBT模塊產品，電壓等級有1200V、1700V和2000V，電流等級有800A和1200A。模塊優化了內部芯片布局和外部端子排列，有利于模塊的并聯應用，使其可廣泛應用于逆變器的各自配置和容量。模塊搭載了三菱第7代IGBT和RFC二極管，有助于降低功率損耗。同時，模塊優化了內部電極結構，大大降低了內部封裝電感，提高了可靠性。
工業LV100封裝IGBT模塊
小田切 亨
富士電機（中國）有限公司副總經理、半導體營業本部 本部長
富士電機于2021年推出了基于X系列IGBT技術的新一代工業RC-IGBT（Reverse-Conducting IGBT)模塊產品系列。通過X系列芯片技術的低損耗和基于RC-IGBT的散熱性能的提高，逆變器的輸出功率密度得以進一步提升一個等級。先進的寬禁帶半導體器件也有助于系統效率的提升。
富士電機于2018年就推出了基于第一代溝槽柵結構的全碳化硅模塊。今年將會量產第二代SiC-Mosfet，通過芯片減薄和溝槽間距微細化技術單位面積的導通電阻比第一代降低了23%。整體損耗相對于富士電機最新的硅模塊可以降低百分之六十以上，可以大大提升逆變器的整體效率。
賈鵬
安森美(onsemi)全球方案中心應用市場工程師
安森美是領先的功率器件廠商，能夠提供適用于目前光伏市場的低中高壓IGBT、MOSFET單管和模塊產品及先進的高能效封裝。同時，安森美也是唯一能提供從碳化硅襯底到模塊的端到端供應商。憑借我們的碳化硅產品整合的端到端供應鏈和領先市場的效率，我們為客戶提供所需的供應保證，以支持未來快速增長的市場。
安森美提供寬廣的功率器件陣容讓設計人員選擇最適合應用尺寸、成本和能效要求的電源拓撲，我們基于SiC的太陽能逆變器模塊能效超過99%，我們的SiC MOSFET實現更快速的開關和更小巧的終端產品，如1200V M3S SiC MOSFET在硬開關應用中比領先行業的競爭對手減少達20%的功率損耗；我們新的D3 1200V SiC二極管系列最小化導通損耗和開關損耗，提高終端應用能效；我們的全SiC和混合SiC模塊經優化提供卓越的性能，比分立器件熱阻更低，易于安裝，有行業標準的封裝和引腳，如將在本次PCIM Asia展出的全SiC功率集成模塊(PIM) NXH010P120MNF1非常適用于3相太陽能逆變器和儲能系統，采用2-PACK半橋架構，集成2個1200V SiC MOSFET，RDS(ON)低至10mΩ，高能效和高功率密度，它的較大裸芯片與溝槽式MOSFET相比，降低了熱阻，從而在相同的工作溫度下降低了裸芯片溫度，嵌入的一個負溫系數(NTC)熱敏電阻有助于溫度監測，靈活的散熱接口提供高可靠性。
圖：全SiC模塊NXH010P120MNF1
此外，安森美也提供除功率器件以外的門極驅動、隔離、檢測、聯接等方案，如下面的框圖所示。在系統方面安森美也有很強的技術和系統知識，為客戶提供全球的應用支援。
圖：太陽能方案框圖(橙色表示安森美可提供)
吳毅鋒
珠海稼未來科技有限公司CEO&CTO
鎵未來已量產650V氮化鎵大功率器件，具有極低的開關損耗和導通內阻。
在戶用光伏的MPPT升壓線路中使用氮化鎵器件代替硅MOSFET，而后級DC-AC逆變線路當中，采用氮化鎵器件取代IGBT，整體的轉換效率可提升3%，等價于單位面積發電量的提升。使用氮化鎵器件，變換器的開關頻率可以提升2-3倍，降低了磁性器件的尺寸，另一方面功率損耗的降低也大大降低了散熱片的體積，從而使得整機體積和重量能減少30%，方便安裝。
Doug Bailey
Power Integrations市場營銷副總裁
對于光伏中心區域應用，例如能量通過一個中央變換器（也即SCALE-iFlex LT雙門極驅動器）進行路由的大型裝置，優化硅是必不可少的，并且需要高性能的并聯。動態和靜態均流性于并聯模塊的穩定工作至關重要。對于相同的功率輸出，使用SCALE-iFlex LT的系統只需要五個并聯模塊，而其他廠商的方案則需要六個。實現成本和復雜性顯著降低的技術原因在于，保證模塊之間的開通和關斷指令的延遲差異小于20ns，在導通600A額定電流時模塊之間的電流差異小于20A。這使得各模塊能夠可靠地運行，而無需進行電流降額，而電流降額在不太先進的驅動器解決方案中是必不可少的。
最多6個EconoDUAL 3或同等的功率模塊可以從同一個絕緣主控制(IMC)單元進行并聯，其外形比傳統產品更加緊湊。模塊適配門極驅動器(MAG)的外形尺寸與EconoDUAL模塊相匹配，每個EconoDUAL模塊具有兩個SCALE-2 ASIC（每個通道一個），以優化并聯對稱性、提高效率并增強保護。
對于較小的光伏組串裝置，SCALE-iDriver高效率單通道門極驅動器支持高達1200V和數百千瓦的IGBT和SiC-MOSFET逆變器設計，無需推動級。這樣將提高系統效率，客戶只需完成一個設計即可覆蓋整個產品陣容中不同額定功率的逆變器。開關頻率高達150kHz，可支持多種應用。
SCALE-iDriver門極驅動器采用Power Integrations的高速FluxLink™通信技術，可大幅增強絕緣性能。FluxLink是一項革新性的信號傳輸技術，它可取代光耦器和電容性或硅基方案，顯著提高可靠性并提供1200V加強絕緣。
器件還可在開關操作期間提供完整的短路保護(≤2µs)和過壓保護。
Q3
隨著風機價值的普遍下降，風電變流器將承擔巨大的壓力，作為功率器件廠商，將如何幫助風電行業客戶越過鴻溝？
小田切 亨
富士電機（中國）有限公司副總經理、半導體營業本部 本部長
我們認為風電變流器的大容量，高電壓化的趨勢不會改變。如之前所述，富士的RC-IGBT可以大幅降低結-殼熱阻，因此特別適用于具有低頻工況的機側變流器。例如富士2合1封裝的1700V/800A RC-IGBT模塊，在兩電平拓撲下，4并聯就可以實現1.5MW以上的輸出能力，在業界收到廣泛的歡迎。
從國外的風電市場看，950V系統的普及率越來越高，在未來使用2.xkV等級模塊的兩電平系統可能會有更大成本上的優勢。
Doug Bailey
Power Integrations市場營銷副總裁
與光伏市場一樣，風電行業也在提高現有硬件的利用率。因此，對于集中式和分散式部署，我們的SCALE-iFlex LT和 SCALE-iDriver解決方案可分別提供巨大的優勢，如前面兩個問題的回答中說述。對于集中式部署，即插即用型SCALE-iFlex™ LT雙門極驅動器允許用戶從功率逆變器和變換器堆棧中節省每六個模塊中的一個；在分散式部署中，SCALE-iDriver門極驅動器使用戶能夠受益于最新的SiC技術，從而實現性能優化。
http:www.mangadaku.com/news/2022-7/202276114553.html
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