焦点提醒 新型碳化硅器件具有高电压、年夜电流、快速开关的特点，很合适在新型电力系统利用。国网智研院依托国度重点研发打算“计谋性进步前辈电子材料”重点专项潜心攻关，冲破了碳化硅器件制造和碳化硅高端电力电子设备要害手艺，相干功效有用助力雄安零碳交通能源互联网扶植。

高比例电力电子设备是新型电力系统的首要特点之一。传统电力电子装备采取的硅器件历经60年开辟，已到达理论机能极限，而新型碳化硅器件具有承载电压高、功率消耗低、本体耐高温等优势，是电力电子设备进级换代的要害焦点手艺。“十四五”计划和2035年前景方针纲领提出，强化国度计谋科技气力，对准人工智能、量子信息、集成电路等前沿范畴，实行一批具有前瞻性、计谋性的国度重年夜科技项目；在集成电路范畴，增强碳化硅、氧化镓等宽禁带半导体材料成长。

碳化硅财产正处在高速成长期间。2012年起，国网智能电网研究院有限公司依托国度重点研发打算“计谋性进步前辈电子材料”重点专项，成立碳化硅功率器件攻关团队，潜心攻关碳化硅器件制造和碳化硅高端电力电子设备要害手艺，冲破了国产6.5千伏碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）芯片和模块封装焦点手艺，成功研制35千伏/5兆瓦全碳化硅电力电子变压器，并在国网河北省电力有限公司示范利用，办事雄安零碳交通能源互联网扶植。

打破国际垄断，成功研制国产高压年夜容量碳化硅器件

“新型电力系统的成长离不开电力电子手艺，功率器件是电力电子装配的焦点。要实现原始立异，不受制在国外手艺影响，就要冲破碳化硅器件和利用的要害焦点手艺。”国网智研院电力电子所所长赵国亮介绍。

碳化硅具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更年夜的电子饱和漂移速度。禁带越宽，价带电子要进入导带成为自由电子所需的额外能量就越年夜，耐压程度就越高；更高的导热率可以实现更好的散热机能，通流能力更年夜；碳化硅的电子饱和漂移速度是硅的2倍，可使开关速度更快。

具有高电压、年夜电流、快速开关特点的碳化硅器件十分合适用在新一代电力电子设备。国度重点研发打算“计谋性进步前辈电子材料”重点专项负责人杨霏说：“碳化硅器件理论上具有高结温、高电压、低消耗的特点，很是合适在电网利用。它的普遍利用将鞭策电网的电力电子化历程。”

今朝，在全球碳化硅财产款式中，我国企业固然在碳化硅衬底、外延和器件方面均有结构，但仍处在追逐阶段。为打破国际垄断，实现我国电力电子器件和设备的原始立异，在国度重点研发打算“计谋性进步前辈电子材料”重点专项撑持下，国网智研院在2012年成立碳化环球体育官网网站入口硅功率器件攻关团队，自立攻关碳化硅芯片和封装两年夜焦点要害手艺。历经10年研究，相干手艺到达国际划一程度并经由过程第三方检测。

高压模块多芯片并联封装对芯片提出了电压高、电流年夜、一致性好的更高要求。碳化硅功率器件攻关团队基在自立研制的低缺点厚外延材料，提出了低概况电场强度的高压芯片终端布局，霸占了高质量栅氧、短沟道自瞄准手艺等要害工艺，破解了设计和工艺兼容性差、导通电阻年夜、碎片率高档困难，在国内初次把握了6英寸碳化硅芯片全流程工艺。团队在国内初次批量研制了具有高耐压、高通流能力的6.5千伏/25安碳化硅芯片。该芯片经由过程了高温栅偏、高温反偏等系列靠得住性测试，芯片手艺指标到达国际产物划一程度，部门要害指标优在国际同型器件。

高压年夜容量碳化硅器件封装则面对着并联封装的电磁热平衡难、高电场强度下的绝缘共同难、碳化硅封装的工艺尚处在空白状况的挑战。攻关团队霸占了高压绝缘设计、高导热性焊接、高靠得住性绝缘灌封等焦点手艺，冲破了高压、低寄生参数封装的手艺瓶颈，立异提出了基在转移曲线距离系数的芯片聚类分组方式，解决了年夜电流封装面对的多芯片并联均流困难，研制了国际上同电压品级中电流最年夜的6.5千伏/400安碳化硅MOSFET模块。

阐扬碳化硅器件优势，实现电力电子设备机能进级

操纵碳化硅器件高电压、年夜电流、高速开断等特征，能制造高功率密度、高效力的电力电子设备。碳化硅电力电子变压器能实现交直流等分歧情势电能的矫捷接入，提高新能源电量消纳程度。利用碳化硅器件，电力电子环球体育app最新版下载变压器能加倍紧凑高效。

国网智研院电力电子所设备室主任徐云飞介绍，碳化硅电力电子变压器中的两个焦点设备是驱动器和高频变压器。此中，驱动器是让碳化硅器件靠得住工作的节制器，是节制庇环球app网站护的“年夜脑”和功率器件的接口，也是强弱电毗连的桥梁；高频变压器是起到隔离和变压感化的要害装备，是实现高频化和紧凑化的要害地点。

今朝，高压6.5千伏碳化硅器件并没有可用的贸易化驱动器。碳化硅功率器件攻关团队深切研究器件开关进程，提出栅源电压阶梯驱动节制手艺，解决了高速开关进程中的过电压和振荡问题，下降器件开关进程消耗6%～10%；研制出合用在1.2千伏～6.5千伏碳化硅器件的摹拟-功率夹杂型驱动庇护芯片，有用晋升了驱动庇护器集成度与电磁兼容机能。另外，攻关团队还研制了10千赫兹/10千伏/243千伏安的全环氧固封干式高频变压器，效力为99.63%，到达国际领先程度；研制出生避世界首台35千伏/5兆瓦碳化硅电力电子变压器，采取三相一体式布局，比拟划一电压和容量的变压器，体积进一步缩小。

扶植碳化硅柔性变电站，助力雄安零碳交通成长

6月28日，在雄安新区轻易线公路上，一辆辆电动重型卡车将砂石骨料运往施工现场，用在城市扶植。南水北调雄安调蓄库是办事雄安新区的重洪流利工程，调蓄库开挖山体发生的弃渣经加工转化为建筑骨料，并运输至施工现场利用。假如全数利用柴油重卡运输，会造成庞大情况污染。为落实“双碳”方针，基在雄安新区扶植需乞降零碳交通成长需要，国网河北电力在建材运输通道聪明驿站内扶植了35千伏碳化硅柔性变电站科技示范工程，为电动重卡换电站供给洁净、高效、靠得住的直流电能，国网智研院研制的碳化硅器件和焦点设备也从尝试室走向了出产一线。

35千伏碳化硅柔性变电站的焦点装备是交直流变换的三端口碳化硅电力电子变压器，两路电源进线别离为交换35千伏、交换10千伏，输出电压为直流750伏，相较在传统变电站，增添了直流接入、潮水优化节制等功能，实现了在散布式光伏发电、直流充换电、储能和数据中间等场景的示范利用。碳化硅功率器件攻关团队研制的焦点设备在该变电站利用，实现了碳化硅器件材料、封装、测试、设备全链条自立研发制造。

“35千伏碳化硅柔性变电站的投运，将有力支持国产芯片在新能源发电、电动重卡充换电、新型储能等范畴的利用，也为新型电力系统扶植供给可复制推行的柔性交直流输配电网示范工程经验。另外，洁净电能与低碳交通的融会，也是对‘双碳’方针实现路径的有益摸索。”国网河北电力科技部主任杨鹏介绍。