【導讀】如今
，碳化矽 (SiC) 器件在電動汽車 (EV) 和太陽能光伏 (PV) 應用中帶來的性能優勢已經得到了廣泛認可。不過
，SiC 的de材cai料liao優you勢shi還hai可ke能neng用yong在zai其qi他ta應ying用yong中zhong，其qi中zhong包bao括kuo電dian路lu保bao護hu領ling域yu。本ben文wen將jiang回hui顧gu該gai領ling域yu的de發fa展zhan，同tong時shi比bi較jiao機ji械xie保bao護hu和he使shi用yong不bu同tong半ban導dao體ti器qi件jian實shi現xian的de固gu態tai斷duan路lu器qi (SSCB) 的優缺點。最後，本文還將討論為什麼 SiC 固態斷路器日益受到人們青睞。

保護電力基礎設施和設備

輸shu配pei電dian係xi統tong以yi及ji靈ling敏min設she備bei都dou需xu要yao妥tuo善shan的de保bao護hu
，以yi防fang因yin為wei長chang時shi間jian過guo載zai和he瞬shun態tai短duan路lu情qing況kuang而er受shou到dao損sun壞huai。隨sui著zhe電dian力li係xi統tong和he電dian動dong汽qi車che使shi用yong的de電dian壓ya越yue來lai越yue高gao，可ke能neng的de最zui大da故gu障zhang電dian流liu也ye比bi以yi往wang任ren何he時shi候hou都dou更geng高gao。為wei了le針zhen對dui這zhe些xie高gao電dian流liu故gu障zhang提ti供gong保bao護hu
，我wo們men需xu要yao超chao快kuai速su交jiao流liu和he直zhi流liu斷duan路lu器qi。過guo去qu
，機ji械xie斷duan路lu器qi一yi直zhi是shi此ci類lei應ying用yong的de主zhu要yao選xuan擇ze
，然ran而er隨sui著zhe工gong作zuo要yao求qiu越yue來lai越yue嚴yan苛ke
，固gu態tai斷duan路lu器qi越yue來lai越yue受shou到dao歡huan迎ying。相xiang較jiao於yu機ji械xie斷duan路lu器qi，固gu態tai斷duan路lu器qi具ju有you許xu多duo優you勢shi：

●  穩健性和可靠性：機ji械xie斷duan路lu器qi內nei含han活huo動dong部bu件jian，因yin此ci相xiang對dui易yi於yu受shou損sun。這zhe意yi味wei著zhe它ta們men容rong易yi損sun壞huai或huo因yin為wei運yun動dong而er意yi外wai自zi動dong斷duan開kai，並bing且qie在zai使shi用yong期qi間jian
，每mei次ci複fu位wei都dou會hui出chu現xian磨mo損sun。相xiang比bi之zhi下xia，固gu態tai斷duan路lu器qi不bu含han活huo動dong部bu件jian，因yin此ci更geng加jia穩wen健jian可ke靠kao，也ye不bu太tai容rong易yi出chu現xian意yi外wai損sun壞huai，因yin此ci能neng夠gou反fan複fu進jin行xing數shu千qian次ci斷duan開kai/閉合操作。

●  溫度靈活性：機ji械xie斷duan路lu器qi的de工gong作zuo溫wen度du取qu決jue於yu其qi製zhi造zao材cai料liao，因yin此ci在zai工gong作zuo溫wen度du方fang麵mian存cun在zai一yi定ding的de限xian製zhi。相xiang比bi之zhi下xia，固gu態tai斷duan路lu器qi的de工gong作zuo溫wen度du更geng高gao並bing且qie可ke以yi調tiao節jie，因yin此ci它ta能neng夠gou更geng加jia靈ling活huo地di適shi應ying不bu同tong的de工gong作zuo環huan境jing。

●  遠程配置：jixieduanluqizaitiaozhahouxuyaorengongshoudongfuwei，zhekenengfeichanghaoshiqiechengbengaoang
，tebieshizaiduogeanzhuangdianjinxingdaguimobushudeqingkuangxia，lingwaiyekenengcunzaianquanyinhuan。ergutaiduanluqizekeyitongguoyouxianhuowuxianlianjiejinxingyuanchengfuwei。

●  開關速度更快且不會產生電弧：機ji械xie斷duan路lu器qi在zai開kai關guan時shi可ke能neng會hui產chan生sheng較jiao大da的de電dian弧hu和he電dian壓ya波bo動dong，足zu以yi損sun壞huai負fu載zai設she備bei。固gu態tai斷duan路lu器qi采cai用yong軟ruan啟qi動dong方fang法fa，可ke以yi保bao護hu電dian路lu不bu受shou這zhe些xie感gan應ying電dian壓ya尖jian峰feng和he電dian容rong浪lang湧yong電dian流liu的de影ying響xiang
，而er且qie開kai關guan速su度du要yao快kuai得de多duo，在zai發fa生sheng故gu障zhang時shi隻zhi需xu幾ji毫hao秒miao即ji可ke切qie斷duan電dian路lu。

●  靈活的電流額定值：固態斷路器具有可編程的電流額定值，而機械斷路器則具有固定的電流額定值。

●  尺寸更小
、重量更輕：相較於機械斷路器
，固態斷路器重量更輕
、體積更小。

現有固態斷路器的局限性

雖然固態斷路器相較於機械斷路器具有多項優勢
，但它們也存在一些缺點，具體包括電壓/電流額定值受限製、導通損耗更高且價格更貴。通常，對於交流應用，固態斷路器基於可控矽整流器 (TRIAC)，而對於直流係統，則基於標準平麵 MOSFET。TRIAC 或 MOSFET 負責實現開關功能，而光隔離驅動器則用作控製元件。然而，在具有高輸出電流的情況下，基於 MOSFET 的高電流固態斷路器需要使用散熱片，這就意味著它們無法達到與機械斷路器相同的功率密度水平。

同樣地
，使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 實現的固態斷路器也需要散熱片，因為當電流超過幾十安培時，飽和電壓會導致過多的功率損耗。舉例來說
，當電流為 500 安培時，IGBT 上的 2V 壓降會產生高達 1000W 的功率損耗。對於同等功率水平，MOSFET 需要具有約 4 mΩ 的導通電阻。隨著電動汽車中器件的電壓額定值朝著 800V（甚至更高）發(fa)展(zhan)，目(mu)前(qian)沒(mei)有(you)單(dan)一(yi)器(qi)件(jian)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)電(dian)阻(zu)水(shui)平(ping)。雖(sui)然(ran)理(li)論(lun)上(shang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)並(bing)聯(lian)多(duo)個(ge)器(qi)件(jian)來(lai)實(shi)現(xian)該(gai)數(shu)字(zi)
，但(dan)這(zhe)樣(yang)的(de)做(zuo)法(fa)會(hui)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)方(fang)案(an)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)成(cheng)本(ben)
，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)需(xu)要(yao)處(chu)理(li)雙(shuang)向(xiang)電(dian)流(liu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)。

使用 SiC 功率模塊打造下一代固態斷路器

與矽芯片相比，SiC 芯片在相同額定電壓和導通電阻條件下，尺寸可以縮小多達十倍。此外
，與矽器件相比，SiC 器件的開關速度至少快 100 倍，並且它可以在高達兩倍以上的峰值溫度下工作。同時，SiC 具有出色的導熱性能
，因此在高電流水平下具有更好的穩健性。安森美利用 SiC 的這些特性開發了一係列 EliteSiC 功率模塊，其 1200V 器件的導通電阻低至 1.7mΩ。這些模塊在單個封裝中集成了兩到六個 SiC MOSFET。

燒結芯片技術（將兩個獨立芯片燒結在一個封裝內）甚至在高功率水平下也能提供可靠的產品性能。由於具備快速開關行為和高熱導率
，因此該類器件可以在故障發生時快速而安全地“跳閘”（斷開電路），阻止電流流動
，直到恢複正常工作條件為止。這樣的模塊展示了越來越有可能將多個 SiC MOSFET 器件集成到單個封裝中，以實現低導通電阻和小尺寸，從而滿足實際斷路器應用的需求。此外，安森美還提供承受電壓範圍為 650V 到 1700V 的 EliteSiC MOSFET 和功率模塊
，因此這些器件也可用於打造適合單相和三相家庭、商業和工業應用的固態斷路器。安森美具有垂直整合的 SiC 供應鏈，能夠提供近乎零缺陷的產品，這些產品經過全麵的可靠性測試，能夠滿足固態斷路器製造商的需求。

圖 1：安森美完整的端到端碳化矽 (SiC) 供應鏈

下圖展示了固態斷路器的模塊化實現方式，其中以並聯配置連接多個 1200V SiC 芯片和多個開關來實現了極低的 rdson heyouhuadesanrexiaoguo。xiafangzhexiewanquanjichengdemokuaijuyouyouhuadeyinjiaoweizhihebuju，youzhuyujianshaojishengxiaoying，tigaokaiguanxingnenghesuoduanguzhangxiangyingshijian。ansenmeitigongfengfuduoyangde SiC 模塊產品組合
，模塊額定電壓為 650V、1200V 和 1700V
，並且其中一些模塊帶有底板，而另一些則無底板，以便滿足不同的應用需求和效率需求。

圖 2：適用於固態斷路器的 SiC B2B 模塊- 480VAC -200A

圖 3：適用於固態斷路器應用的安森美模塊

SiC 技術和固態斷路器將共同發展

機ji械xie斷duan路lu器qi具ju有you低di功gong率lv損sun耗hao和he更geng高gao的de功gong率lv密mi度du，目mu前qian價jia格ge也ye低di於yu固gu態tai斷duan路lu器qi。另ling外wai，機ji械xie斷duan路lu器qi容rong易yi因yin為wei反fan複fu使shi用yong而er發fa生sheng磨mo損sun
，並bing且qie複fu位wei或huo更geng換huan會hui產chan生sheng昂ang貴gui的de人ren工gong維wei護hu成cheng本ben。隨sui著zhe電dian動dong汽qi車che的de日ri益yi普pu及ji
，市shi場chang對dui斷duan路lu器qi和he SiC 器件的需求將持續增長
，因此這種寬禁帶技術的成本競爭力會日益增強，並且其對固態斷路器方案的吸引力也會不斷增加。隨著 SiC 工藝技術的不斷進步和獨立 SiC MOSFET 的電阻進一步降低，固態斷路器的功率損耗最終會達到與機械斷路器相媲美的水平，那時功率損耗將不再是個問題。基於 SiC 器件的固態斷路器具備開關速度快
、無電弧以及零維護等優勢
，能夠帶來顯著的成本節約，因此必將成為市場廣泛采用的主流選擇。

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