方正微1200V Easy2B碳化硅模块在135kW PCS中的应用

一、工商业光储市场前景广阔

随着全球能源需求不断上升，我国“双碳”战略的逐步推进和新能源行业的快速发展，近年来光伏储能充电系统(PCS-Photovoltaic Storage Charging)得到了高速发展，其中100~250kW功率段工商业光储预计在2030年将达到8GW，年复合增长率高达24.8%，因此具有非常广泛可观的市场潜力。

然而，工商业光储也面临了很多技术挑战，如应对电费压力的高系统效率要求，长期稳定运行的高可靠性要求，运营安装中的高功率密度和易用性要求等。碳化硅功率半导体正在成为赋能工商业储能的关键技术之一。同时，随着碳化硅MOSFET技术的不断发展和工艺的不断成熟，成本不断下降，Easy2B碳化硅MOSFET模块在工商储应用中正开始逐渐替代传统的IGBT模块。

图1. 工商业光储常用拓扑

目前，针对135kW工商业光储系统，业界比较通用的拓扑是I型三电平NPC1拓扑，T型三电平NPC2拓扑和两电平拓扑。其中，两电平拓扑（1200V碳化硅MOSFET方案）具有控制简单，效率高，功率密度高和开关频率高等优势，逐渐成为逆变器行业的发展趋势。

二、方正微高性价比1200V Easy2B碳化硅模块

针对充电桩，光伏逆变器，储能和UPS等应用场景的需求，方正微推出了一款1200V 5mΩ Easy2B 半桥碳化硅MOSFET模块FA120A005AB。模块内部采用方正微成熟工艺批量生产的第一代碳化硅MOSFET芯片，该芯片已通过了3000h可靠性测试，能够保证光伏储能应用系统的高可靠性要求。

该模块采用Press fit 压接技术，内置NTC 温度感应sensor，具有如下性能：

l采用低热阻AlN陶瓷绝缘，模块热阻低至(结到散热板) 0.13℃/W

l低杂散电感：5.2nH

l满足短路电流时间：~ 2μs

l超低漏源极漏电流：IDSS < 50μA

l满足绝缘耐受电压测试：AC，t=1min，3KV

图2. 方正微1200V Easy2B模块FA120A005AB图片和内部半桥电路

模块内部优化后的走线，可以实现低至5.2nH的寄生电感，可以降低EMI风险，减小MOSFET开关损耗，降低MOSFET VDS尖峰，非常有利于在大功率逆变器中的应用。

图3. Easy2B模块寄生电感仿真图

1200V Easy2B模块FA120A005AB具有如下的系统应用价值：

l提升系统效率

l提升系统功率密度

l良好的热传导率

l提升系统的可靠性

l简便可靠的组装方式

三、135kW PCS方案仿真研究

针对光储应用场景，三相400V交流输入电压，输出电压700V~950V，开关频率36kHz，输出功率135kW，并持续1.1倍功率稳定输出，散热器温度95℃，使用方正微1200V 5mΩ Easy2B碳化硅MOSFET半桥模块，搭建如下仿真电路。

图4. 135kW PCS 仿真电路图

在储能工况下，监测三相交流输入电压和输入电流波形，保证功率因数为1，以及电流电压波形的一致，如下图所示。

图5. 135kW PCS系统输入交流电压和电流仿真曲线

通过监测碳化硅MOSFET的结温温升，可以得到碳化硅MOSFET在148.5kW工况下，结温稳定在143℃。

图6. Easy2B模块碳化硅MOSFET结温仿真曲线

四、总结

工商业储能市场规模未来将会持续快速发展，方正微1200V 5mΩ Easy2B 半桥碳化硅MOSFET模块FA120A005AB具有优异的参数特性和稳定的可靠性，非常适合135kW功率等级的工商业光储应用需求，具有广泛的应用前景，能够赋能光储行业向更高效率，更高功率密度和更高可靠性的方向升级发展。