借助 SiC 技術，實現三大設計自由
儘管 SiC 技術的性能和潛力無庸置疑，但一些設計人員最初可能仍然會猶豫不決，無法下定決心使用 SiC 技術來處理新專案
沒人喜歡無端冒險。但與其他任何電子設計專案一樣，我們首先需要充分瞭解可用解決方案的要求和潛力。之後設計人員便會發現，通過 SiC 實現的設計自由能夠降低所有可知的風險。
隨著 SiC 技術進入更多市場領域，設計人員可以實現一些新的自由，這些自由令人振奮，值得探索。其中包括簡化電路拓撲、縮小系統尺寸和提高能量密度。
首先我們來介紹一下背景：與 Si-IGBT 和 Si-MOSFET 相比，SiC MOSFET 電源系統能夠顯著降低系統成本，提高功率密度，改善效率，還可以通過降低能耗控制運行溫度。深入瞭解 SiC 的優勢之後，設計人員感到頗為振奮。
當前，設計人員開始採用基於 SiC 的技術，以便保持競爭力，降低長期系統成本。這涉及到多方面的原因，包括：
- 降低總體持有成本：基於 SiC 的設計儘管需要前期投資，但能效更高，系統尺寸更小，可靠性也更高，因此能夠顯著降低系統成本。
- 解決設計難題：由於 SiC 的特性，設計人員開發的設備可以縮小尺寸，降低運行溫度，提高開關速度，同時承受更高的工作電壓。
- 提高可靠性，改善性能：通過縮小設備尺寸，降低運行溫度，設計人員獲得了更大的自由，可以探索更具創新性的設計選項，輕鬆滿足市場需求。
接下來我們將對一些關鍵的設計自由進行詳細的探討。
簡單、高效的拓撲
SiC 支援簡單的拓撲結構，能夠説明設計人員高效完成工作，滿足了市場對高效功率密集型 DC/DC 和變頻器日益增長的需求。
SiC 可以用兩電平拓撲代替三電平拓撲，降低了參數控制難度，佔用的空間更小，釋放的熱量也更少。
在功率因數校正 (PFC) 階段硬開關拓撲中，簡單的升壓（使用 SiC 二極體）和圖騰柱配置即可降低 SiC 的恢復損耗。若要使用Si-MOSFET達到相同的效率，則需要更複雜的拓撲結構和數位控制。
SiC 可以在多電平拓撲中與 Si 結合，從而提高性價比。以下是用於太陽能或儲能變頻器的改進型三電平有源中點鉗位 (ANPC) 拓撲示例：
系統尺寸縮小
設計人員永遠面臨的壓力，是需要在更小的空間內完成更多工。值得慶幸的是，SiC 設計體積更小，重量更輕，並且可以支援更高效的變頻器和儲存系統。
伺服驅動便是極佳例子。用於物體定位的伺服電機需要迅速回應，以便提高操作速度。因此，脈波寬度調變(PWM) 頻率提高後，可以改善伺服系統的動態性能。這便需要使用快速 IGBT 或 SiC 作為伺服驅動變頻器級的開關。
利用 SiC，設計人員可以設計出尺寸更小的驅動器，其中很多都不需要主動冷卻。獲得這種自由後，設計人員可以將驅動器直接安裝在電機上。此外，設計人員還可以將 DC 匯流排直接連接到電機，從而顯著降低電磁雜訊。
儲能功能增強
如今，能源消費者也正在成為活躍的電力生產者。SiC 支持雙向功率流，能夠促成這種轉變
數十年來，儲能一直是發電、輸電、配電和電力消耗過程中不可或缺的一環。當前，可再生能源發電領域發展迅速，需要更加可靠的電力傳輸，確保按時將電力輸送到相應地點
儲能系統提供了一系列技術方法，可用於管理能源供需，創建靈活的能源基礎設施，幫助公用事業公司和消費者節約成本
在電動汽車 (EV) 和太陽能充電領域，我們看到了 SiC 支持的雙向功率流所存在的強大優勢。例如，電動汽車和太陽能系統使用者充滿電後，可以將部分電力出售給公用事業公司。一些 SiC 拓撲可以實現更好的雙向流動，改善儲能系統
下圖展示了太陽能變頻器中 SiC 與 Si 的功率密度對比。
主要優勢：Si ➝ Si / SiC 所帶來的的功率密度提升
數據手冊：
- Si 變頻器 75kW
- Si / SiC 變頻器 150 kW
優勢：
- 顯著提高功率密度
- 在冷卻和重量方面降低成本
特點:
- 6 x IFX Easy2B ANPC 模組
- 26 x IFX EiceDrivers 1ED-F2
結語：SiC 相對於 Si 所具有的優勢
- 能量損耗降低 50%
- 系統尺寸縮小 10 倍
- 工作頻率提高 100 倍
- 快速開關功能
- 高電壓操作