基于安森美产品的氢电解器系统解决方案

氢电解器旨在利用多种能源(电网、太阳能、风能或电池储能系统)通过水电解生产氢气。当以可再生能源为动力时，这些系统旨在以环保方式生产氢气，减少对化石燃料的依赖并最大限度降低碳排放。电解制氢可应用于多个领域，包括交通运输用燃料电池、工业流程以及能源存储。随着可再生能源渗透率的提高，绿氢电解系统为向可持续、低碳的未来能源基础设施转型做出了重要贡献。

该行业正经历快速增长，原因包括技术进步、与可再生能源的融合、政策和投资支持以及分布式生产。高温电解和先进膜材料等创新技术正在提高效率和可扩展性。混合系统正在研发中，以确保绿氢的稳定供应。政府和私营部门的支持对于拓展氢经济至关重要，小型模块化装置正部署在靠近终端用户的位置，以降低运输成本并提高灵活性，从而满足不同的需求水平。

功率转换是氢电解系统的关键环节，涉及将来自电源的电能转换为电解所需的形式。核心组件包括整流器和直流 - 直流转换器，它们能高效管理和转换电能。功率模块解决方案将这些组件整合为一体化系统，具有可扩展的模块化设计、用于散热的高效热管理系统以及保障最佳性能和安全性的精密控制系统。

本系统解决方案指南深入概述了氢电解器应用，探讨了新兴的市场和技术趋势，并重点介绍了安森美(onsemi)为该领域量身定制的全面且高效的功率解决方案。

框图 - 氢电解器

下面的框图展示了采用安森美推荐产品的氢电解器系统方案， 集成了安森美旗下的智能电源与感知技术，其中大部分功能模块器件( 包括功率模块及分立器件、 栅极驱动器、 标准集成电路 (IC) 与信号类产品) 均可从安森美丰富的产品组合中获取。

 

高功率模块方案

高功率集成模块 (PIM)

QDual 3 系列 IGBT 模块不仅能提升功率密度， 在特定拓扑结构下， 输出功率比现有同类竞争产品高出 10% 。 模块内置的 FS 7 IGBT 技术可实现出色的效率， 既能降低成本， 又能简化设计流程。

在兆瓦级能源基础设施系统中， 通常采用 3 个 QDual 3 半桥模块构成一个三电平拓扑结构。 通过将多个 QDual 3 模块并联， 单个系统可实现 1.2MW( 需 18 个 QDual 3 模块) 或 1.8 MW( 需 27 个 QDual 3 模块) 的输出功率。 与采用600 A 模块的传统方案相比， 可将模块用量减少 30% ， 在大幅简化设计的同时显著降低系统成本。

Qdual3 IGBT 模块 NXH800H120L7QDSG

集成的 FS 7 系列 IGBT 与第 7 代二极管可实现更低的导通损耗与开关损耗， 助力设计人员打造兼具高效率与出色可靠性的系统。

关键特性：

场截止沟槽型 7 型 IGBT 与第 7 代二极管

1200 V、 800 A 二合一半桥 IGBT PIM

隔离式基底

NTC 热敏电阻

可焊接引脚

低电感布局

Qdual 3 封装

 

 

图 1： Qdual3 模块封装

F5BP 混合 PIM NXH500B100H7F5SHG

双通道飞跨电容升压模块， 每路通道包含两颗 1000 V、500 A 的 IGBT 和两颗 1200 V、 120 A 的碳化硅 (SiC)二极管。 F5BP PIM 封装具备出众的散热性能， 相较F5-PIM 封装， 热阻降低 9% ， 可支持 1500 VDC 系统，是公用事业级应用的理想选择。

关键特性：

飞跨电容升压模块

1000 V 场截止 7 型 IGBT 和 1200 V SiC 二极管

低电感布局

焊接引脚

集成式 NTC 热敏电阻

无铅、 无卤化物器件

 

 

图 2： F5BP 模块封装

全SiC模块方案

安森美的 M3S EliteSiC F1 与 F2 系列功率集成模块 (PIM) 具备显著优势， 拥有出众的散热性能、 高功率密度及更强的可靠性， 旨在为先进能源基础设施提供兼具成本效益与高效率的方案， 同时支持多模块堆叠使用， 以实现数百千瓦(kW) 以上的功率输出。

F2 全桥 PIM NXH007F120M3F2PTHG

关键特性：

7mΩ / 1200 V M3S SiC MOSFET 全桥

HPS DBC ( 直接键合铜) 衬底

15V 至 18V 栅极驱动器

预涂覆热界面材料 (TIM)

支持负栅极电压， 易于驱动

压接式引脚

 

 

图3： F2 SiC 模块封装

F1 半桥 PIM NXH008P120M3F1PTG

关键特性：

8mΩ / 1200 V M3S SiC MOSFET 半桥

卓越的 FOM [ = RDS(on) * Eoss ]

依托 M3S 技术实现优化的开关性能

15V 至 18V 栅极驱动器

支持负栅极电压，易于驱动

提供预涂覆热界面材料 (TIM) 与无预涂覆 TIM 两种选择

压接式引脚

 

 

图4： F1 SiC 模块封装