太陽能逆變器和ESS應用以及其他可再生能源系統正在使能源網現代化，以提高彈性，滿足全球能源需求并減少其整體碳足跡。這些系統必須在惡劣的環境中盡可能高效，并且緊湊且價格低廉。

碳化硅解決方案滿足了依賴半導體的可再生能源系統的所有需求，因為它們可以提高功率密度、降低開關損耗和開關頻率。Wolfspeed碳化硅解決方案使太陽能功率半導體能夠實現更輕、更小、更高效的太陽能逆變器，這些逆變器可在環境溫度波動、高濕度和其他惡劣條件下吸收陽光并將其轉化為電能。

對于ESS應用，Wolfspeed碳化硅是黃金標準技術，因為我們的碳化硅MOSFET和二極管提供更高的性能和更低的損耗，同時允許工程師創建使用更少組件的系統，從而降低整體系統尺寸和成本。

由于PCB設計階段的創新和最佳實踐，SiC技術運行得更低、更快，使更小、更輕的電力電子設備具有更高的能效。讓我們回顧一下器件、子電路和系統級PCB布局設計的一些挑戰和技巧。

PCB布局決定碳化硅成敗

基于SiC的系統利用卓越的開關特性和低傳導損耗來實現比硅更高的開關頻率。

這些理想的特性帶來了挑戰，因為SiC功率器件固有的高壓壓擺率（dv/dt）和電流壓擺率（di/dt）使這些電路對串擾、假導通、寄生諧振和電磁干擾（EMI）敏感。

設備級別

器件級元件之間適當的爬電距離和電氣間隙距離至關重要，因為MOSFET支腳/PCB走線之間的空間有助于消除它們之間的閃絡或跟蹤。各種安全標準根據電壓、應用和其他因素規定了不同的間距要求。

IPC標準也可以用作指南，其目的是標準化電子設備/組件的組裝和生產要求。雖然不是強制性的，但IPC-2221印刷電路板設計通用標準和IPC 9592功率轉換器件性能參數標準可用作估計PCB上導體之間最小間距的指南。

SiC MOSFET和散熱器之間的適當爬電距離至關重要。在太陽能應用中，散熱器很大，并且機械固定在機箱上，因此水平安裝往往很常見，在這種情況下，隔離墊的延伸通常略微超過端子的彎曲會增加爬電距離。由于機箱形狀不同，有時端子必須彎曲成一定角度。

子電路電平

較高的壓擺率與寄生電容和環路電感相結合，使電路對串擾、假導通、電壓過沖、振鈴和潛在的EMI問題更加敏感。

在此級別，SiC柵極驅動器用于打開和關閉功率半導體;根據不同的元件，門口可能會出現振蕩和過沖。振蕩可以通過更高的阻尼來控制，阻尼與柵極電阻成正比，與柵極環路電感成反比-低電感柵極環路可在不影響壓擺率的情況下實現更高的阻尼。

SiC柵極驅動的PCB布局應包括一個緊湊的柵極環路，以抑制柵極電阻并降低振蕩電壓，使柵極驅動不易受到外部磁場的影響。在PCB布局過程中，寄生電容也必須最小化，因為與高dv/dt一起，它們會導致串擾、假導通和開關損耗增加——它們還決定了壓擺率，并有助于最大限度地減少高電場和磁場的影響。

系統級的PCB布局會影響冷卻。小心的元件放置也是如此，這在優化開關單元方面起著關鍵作用。

系統級

最小化EMI并保護敏感信號免受高磁場和電場的影響尤其重要，因此PCB布局應傾向于將輸入和輸出連接器放置在電路板的相對兩側以避免噪聲耦合，而輸入EMI濾波器和輸入/輸出連接器應遠離高dv/dt走線/節點，以避免噪聲耦合。敏感信號，包括柵極回路和控制信號，應遠離高dV/dt走線/節點和高磁場，如PFC扼流圈、DC-DC功率磁性元件。

元件放置可以改善或惡化冷卻，這取決于銅平面的尺寸和用于散熱的層數、熱通孔直徑、間距和銅厚度。確保MOSFET不靠近其他熱源，包括其他功率半導體，同時使用銅層（最好是多層）會將熱量從MOSFET散發出去。

無錫國晶微半導體技術有限公司是寬禁帶第三代半導體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規集成電路研發及產業化的高科技創新型企業，從事碳化硅場效應管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機集成電路等產品芯片設計、生產與銷售并提供相關產品整體方案設計配套服務，總部位于江蘇省無錫市高新技術開發區內，并在杭州、深圳和香港設有研發中心和銷售服務支持中心及辦事處。

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審核編輯：湯梓紅