如何应对快充、大容量、长寿命挑战，看功率器件在储能中的创新应用

电子发烧友网报道（文/黄山明）随着全球能源结构的转型和对可再生能源的不断追求，储能技术成为了连接能源生产与消费的关键纽带。储能系统的核心在于其能够高效地存储和释放能量，而功率器件作为储能系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的效率和可靠性。
 
恰好罗姆半导体在功率器件领域拥有深厚的技术积累和创新解决方案，为储能技术的发展提供了强有力的支持。为此电子发烧友网也采访到了罗姆，邀请其分享在储能产品中，如何应用功率器件来解决复杂问题。
 
应对储能快速充放电和高功率输出的挑战
 
功率半导体是储能系统中的关键组件,从Si、SiC到GaN，罗姆一直在广泛的领域推动先进元器件的开发，同时积极致力于提供可以更大程度提升这些元器件性能的控制IC、以及与外围部件相结合的解决方案。
 
在功率器件的研发上，罗姆也具有独特的优势。比如罗姆的SiC MOSFET以其低导通电阻特性和出色的高温、高频、高压性能，成为下一代低损耗半导体的优选。这种器件能够在高温环境下保持优异的工作特性，减少发热量，从而减小散热器件的数量和尺寸，减轻逆变器的重量。此外，罗姆还提供与功率器件相结合的控制IC和外围部件解决方案，构成完整的功率转换方案。
 
在开发用于储能系统的高效转换、管理与保护技术时，罗姆面临的技术挑战包括提高功率器件的耐压能力、降低开关损耗以及提升器件的工作温度范围。为了克服这些挑战，罗姆通过不断的技术创新，开发出了具有更高栅极耐压的GaN HEMT，以及具有超低导通电阻和低开关损耗的SiC MOSFET。这些技术进步不仅提升了储能系统的效率，还有助于设备的进一步节能。
 

 
储能产品在为电动汽车和电网调频服务时，需要具备快速充放电能力和高功率输出特性。这对储能产品中的半导体器件提出了更高的要求。罗姆通过提供适合的+/-电源、无误动作的驱动解决方案，同时还推出了具有出色开关特性和高频特性的GaN器件，其导通电阻低于Si器件，能助力众多应用实现小型化及更低功耗。
 


 
此外在太阳能发电设施所用的光伏逆变器中，在其MPPT（Maximum Power Point Tracking）和蓄电单元采用GaN器件，与采用SiC器件时相比，可以进一步降低构成电路的线圈部件的电感值（L），从而能够减少绕线匝数、或使用尺寸更细的芯材，因此有助于大大缩小线圈的体积。另外，还可以减少电解电容器的数量，与Si器件（IGBT）相比，所需安装面积更小。
 

 
罗姆将有助于应用产品的节能和小型化的GaN器件命名为“EcoGaN™系列”，并一直致力于进一步提高器件的性能。
 
针对储能市场的技术改进与突破
 
针对未来储能市场对快速充电、大容量、长寿命等多样化需求，近几年罗姆在技术层面进行了针对性的改进和突破。
 
2021年罗姆开发出针对150V GaN HEMT的8V栅极耐压技术，解决了GaN器件的栅极耐压问题，并有助于基站和数据中心等领域的电源实现更低功耗和小型化。2022年确立栅极耐压高达8V的150V GaN HEMT的量产体制。2023年，量产具有业界超高性能的650V耐压GaN HEMT，适用于服务器和AC适配器等各种电源系统的效率提升和小型化。
 

图：ROHM EcoGaN™ ESS Solution，配合栅极驱动器发挥GaN更佳性能

 
同时，罗姆开发的EcoGaN™ Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”，助力减少服务器和AC适配器等的损耗和体积，通过替换现有的Si MOSFET，可将器件体积减少约99%，功率损耗减少约55%。此外，罗姆还开发了可更大程度激发GaN器件性能超高速栅极驱动器IC，采用业界先进的纳秒量级栅极驱动技术，助力LiDAR和数据中心等应用的小型化和进一步节能。
 
随着AI技术的不断发展，AI与储能的结合成为了新的发展趋势。AI技术将为储能相关元器件的发展带来新的难题，同时也为储能市场创造了新的发展空间。而罗姆功率器件能够很好应对未来AI时代下，储能所面临的技术挑战。
 
对于未来几年内储能技术的发展，罗姆将继续推动SiC和GaN等先进元器件的开发，同时加强与业内相关企业的战略合作，共同推动储能技术的进步。罗姆的目标是通过不断的技术创新和产品优化，为解决社会能源问题贡献力量，推动储能技术向更高效率、更低成本的方向发展。
 
小结
 
罗姆在功率器件领域的技术创新和解决方案，为储能技术的发展提供了坚实的基础。通过不断的技术突破和产品优化，罗姆正助力储能系统实现更高的效率和可靠性，推动全球能源结构的转型和可持续发展。除了元器件的开发，罗姆还积极与业内相关企业建立战略合作伙伴关系并推动联合开发，通过助力应用产品的效率提升和小型化，持续为解决社会问题贡献力量。