借助 SiC 技术，实现三大设计自由
尽管 SiC 技术的性能和潜力毋庸置疑，但一些设计人员最初可能仍然会犹豫不决，无法下定决心使用 SiC 技术来处理新项目。
没人喜欢无端冒险。但与其他任何电子设计项目一样，我们首先需要充分了解可用解决方案的要求和潜力。之后设计人员便会发现，通过 SiC 实现的设计自由能够降低所有可知的风险。
随着 SiC 技术进入更多市场领域，设计人员可以实现一些新的自由，这些自由令人振奋，值得探索。其中包括简化电路拓扑、缩小系统尺寸和提高能量密度。
首先我们来介绍一下背景：与 Si-IGBT 和 Si-MOSFET 相比，SiC MOSFET 电源系统能够显著降低系统成本，提高功率密度，改善效率，还可以通过降低能耗控制运行温度。深入了解 SiC 的优势之后，设计人员感到颇为振奋。
当前，设计人员开始采用基于 SiC 的技术，以便保持竞争力，降低长期系统成本。这涉及到多方面的原因，包括：
- 降低总体持有成本：基于 SiC 的设计尽管需要前期投资，但能效更高，系统尺寸更小，可靠性也更高，因此能够显著降低系统成本。
- 解决设计难题：由于 SiC 的特性，设计人员开发的设备可以缩小尺寸，降低运行温度，提高开关速度，同时承受更高的工作电压。
- 提高可靠性，改善性能：通过缩小设备尺寸，降低运行温度，设计人员获得了更大的自由，可以探索更具创新性的设计选项，轻松满足市场需求。
接下来我们将对一些关键的设计自由进行详细的探讨。.
简单、高效的拓扑
SiC 支持简单的拓扑结构，能够帮助设计人员高效完成工作，满足了市场对高效功率密集型 DC/DC 和逆变器日益增长的需求。
SiC 可以用两电平拓扑代替三电平拓扑，降低了参数控制难度，占用的空间更小，释放的热量也更少。
在功率因数校正 (PFC) 阶段硬开关拓扑中，简单的升压（使用 SiC 二极管）和图腾柱配置即可降低 SiC 的恢复损耗。若要使用Si-MOSFET达到相同的效率则需要更复杂的拓扑结构和数字控制。
SiC 可以在多电平拓扑中与 Si 结合，从而提高性价比。以下是用于太阳能或储能逆变器的改进型三电平有源中点钳位 (ANPC) 拓扑示例：
系统尺寸缩小
设计人员永远面临的压力，是需要在更小的空间内完成更多任务。值得庆幸的是，SiC 设计体积更小，重量更轻，并且可以支持更高效的逆变器和存储系统。
伺服驱动便是极佳例子。用于物体定位的伺服电机需要迅速响应，以便提高操作速度。因此，脉宽调制 (PWM) 频率提高后，可以改善伺服系统的动态性能。这便需要使用快速 IGBT 或 SiC 作为伺服驱动逆变器级的开关。
利用 SiC，设计人员可以设计出尺寸更小的驱动器，其中很多都不需要主动冷却。获得这种自由后，设计人员可以将驱动器直接安装在电机上。此外，设计人员还可以将 DC 总线直接连接到电机，从而显著降低电磁噪声。
储能功能增强
如今，能源消费者也正在成为活跃的电力生产者。SiC 支持双向功率流，能够促成这种转变。
数十年来，储能一直是发电、输电、配电和电力消耗过程中不可或缺的一环。当前，可再生能源发电领域发展迅速，需要更加可靠的电力传输，确保按时将电力输送到相应地点.。
储能系统提供了一系列技术方法，可用于管理能源供需，创建灵活的能源基础设施，帮助公用事业公司和消费者节约成本。
在电动汽车 (EV) 和太阳能充电领域，我们看到了 SiC 支持的双向功率流所存在的强大优势。例如，电动汽车和太阳能系统用户充满电后，可以将部分电力出售给公用事业公司。一些 SiC 拓扑可以实现更好的双向流动，改善储能系统。
下图展示了太阳能逆变器中 SiC 与 Si 的功率密度对比。
主要优势：Si ➝ Si / SiC 所带来的的功率密度提升
数据手册：
- Si 逆变器 75kW
- Si / SiC 逆变器 150 kW
优势：
- 显著提高功率密度
- 在冷却和重量方面降低成本
特点
- 6 x IFX Easy2B ANPC 模块
- 26 x IFX EiceDrivers 1ED-F2
结语：SiC 相对于 Si 所具有的优势
- 能量损耗降低 50%
- 系统尺寸缩小 10 倍
- 工作频率提高 100 倍
- 快速开关功能
- 高电压操作