IGBT在高功率電力電子產業的應用是在20年前發展起來的，當年主要應用在工業電源、UPS和變頻器等有限領域。但到了今天，整個電能生態鏈——新能源發電、輸配電、電能質量改善等都成了IGBT的應用大戶。而且，用電領域的範圍還在拓展，如熱泵、電解水製氫、低空飛行器等。

高能效的發電、輸電和用電發展是電力電子技術發展和功率半導體發展的成果，20年來功率半導體技術、產品和應用都有了長足的進步。功率半導體的市場成幾十倍的增長，而很多應用是從無到有，其發展速度是完全出乎規劃。

今天繼IGBT後，我們有了SiC MOSFET這項革命性的技術，也有了創新的產品，我們思考一下、預測一下碳化矽的潛力有多大，碳化矽能夠改變什麼。

先舉幾個例子，看看功率半導體的重要性：

太陽能發電自大規模應用起，就有很明確的追求目標---效率至上，其結果是功率密度的提升，單機功率提高，使用碳化矽的組串逆變器在重量和尺寸不變的情況下，額定功率提高一倍。

電池儲能效率非常重要，整個儲能應用過程需要經過充電和放電的兩次功率變換，兩次損耗，採用碳化矽的儲能PCS可以減少50%的能量損耗，電池利用率提高。

電動車是行走的儲能系統，要自己背著電池和逆變器高速行走，豈不是效率更重要。

採用碳化矽可以將電動車的充電時間縮短一半，可將電動車主逆變器的系統尺寸縮小至80%，同時增加續航里程。

SiC MOSFET剛進入市場的時候，行業普遍認為在起步階段，主要目標應用是光電發電，不斷系統UPS，電動車充電，機車牽引，再是電機驅動，預測也比較保守。

而今天我們已經看到應用場景非常豐富，而有些應用非碳化矽莫屬，如燃料電池的空壓機和高壓大功率的DCDC。

Yole的報告預測，SiC在2022-2027年的複合成長率是CAGR (22-27)達到33%，拉動增長的主要應用是電動車主驅動和OBC，高達38%-39%，電機驅動43%，太陽能發電18%，不算特別高，但要從更長的時間尺度來看，行業機構CASA Research數據顯示，2020年碳化矽功率元件在太陽能逆變器的滲透率為10%，隨著太陽能電壓等級的提升，碳化矽功率元件的滲透率將持續提高，預計2048年將達到85%的滲透率。

我們也看好燃料電池市場，燃料電池空壓機是採用30-40千瓦的12萬轉高速電機，電機驅動器的調製頻率50kHz以上，這樣的應用，採用1200V高速器件碳化矽是最好的方案。燃料電池電堆的輸出特性很軟，需要DCDC變換器來穩壓，其功率要與主驅動相當。 200千瓦的DCDC可以由8路25kW DCDC模組構成，或6路33kW DCDC模組構成。就是說輸入電流75A或100A，輸出電壓660V甚至更高，開關頻率80kHz水平，這也理所當然使用SiC器件，其性能和功率密度與早年燃料電池國家項目中使用英飛凌第二代平面柵IGBT S4系列的設計是一個天一個地。

為什麼用碳化矽大家或多或少有些體會，我這裡舉幾個例子：

太陽能逆變器的效率是系統最重要的指標之一，是逆變器產品的核心競爭力。由於英飛凌IGBT技術的進步和SiC產品的加持，我們和客戶為太陽能而創新，組串逆變器功率變換效率很接近天花板了，效率99%以上。

太陽能逆變器的核心競爭力是組串逆變器的單機功率，現在陽光電源的組串單機額定功率做到了320千瓦，最大輸出352千瓦，重量116千克，10年來，由於太陽能系統走向1500V，功率變換電路的創新，和功率半導體器翻了件技術和應用功率的創新功率變件。

與矽基產品相比，碳化矽可將電動車快速充電站的效率提升2%，這可將充電時間縮短25%左右，此外，其節能效果非常顯著，如果為1800萬輛汽車充電，每年就能節省1000GWh的電量，超過三峽的年發電量；換而言之，效率的提高，可以在不增加能源消耗的情況下，為另外36萬輛汽車充電。

由於應用的需要，英飛凌碳化矽MOSFET有7個電壓等級，400V，650V，750V，1200V，1700V，2000V/2300V，3300V，產品是為應用而生，所以應用場景很清晰。

碳化矽MOSFET的誕生，使得1200V以上有了單極性高速元件，為設計人員提供了新的自由度，能夠利用前所未有的效率和系統靈活性。與IGBT和MOSFET等傳統矽基開關相比，碳化矽MOSFET具有許多優勢。這些優點包括低開關損耗、內部防換向體二極體的極低反向恢復損耗、與溫度無關的低開關損耗以及無閾值導通特性。 1200V CoolSiC™ MOSFET產品主要應用於太陽能逆變器、電池充電、電動車充電、工業驅動、UPS、SMPS和儲能等領域。

400V SiC MOSFET是新的電壓等級，其性能更容易按照特定應用進行優化，是200-650V電壓之間高性能的MOSFET，目標應用為300V以下的兩電平功率變換和600V直流母線的T字型三電平電路。具體應用為通訊電源、太陽能逆變器、儲能PCS、電動飛機、固態斷路器，甚至音頻功效。

英飛凌650V SiC MOSFET的產品很豐富，650V的工業應用主要是開關電源，開關電源中的CCM Totem pole PFC，LLC，太陽能中HERIC電路，I型NPC三電平中的快管和T型三電平NPC中的橫管。

英飛凌的CoolSiC™ MOSFET 750V擴展了CoolSiC™ MOSFET 650V G1產品系列，它特別針對固態斷路器、電動車充電、太陽能逆變器、伺服器和人工智慧PSU，拓樸結構包括CCM和TCM調製的圖騰柱、HERIC、有源中點箝位三電平(ANPC)、維也納整流器、雙有源橋(DAB)、移相全橋(CLPSLC)，LLC和CLFBLC。

英飛凌1700V SiC MOSFET主要用於380Vac供電的工業系統和太陽能儲能中的反激式輔助電源，比用矽MOSFET實現，電路更簡單，效率更高。參考：英飛凌1700V CoolSiC™ MOSFET在太陽能輔助電源上的應用

2000V系列是為1500V太陽能逆變器開發的。實際應用中，透過使用此系列產品，兩電平可以取代三電平的結構，在輕載下，Boost升壓效率提高了1%，而在所有工作條件下，升壓效率平均提高了0.5%。它實現了更簡單的電路結構，減少了元件的數量，同時提高了功率密度，降低了1500 VDC應用的總系統成本。參考：英飛凌再次榮膺2024年全球電子成就獎，CoolSiC™ MOSFET 2000V功率元件和模組備受矚目