CoolGaN™重塑光伏与储能：更高效率、更小尺寸、更低成本

随着全球能源转型加速，住宅光伏与储能系统正迎来爆发式增长。根据市场展望，从2020年到2035年，住宅光伏装机容量将持续攀升，而用户侧储能（表后储能）的增长曲线更为陡峭，几乎呈线性上升。

在这一趋势下，行业对系统效率、功率密度和成本控制提出了更高要求。英飞凌CoolGaN™氮化镓技术，凭借其卓越的器件特性，正在成为光伏与储能系统设计的关键赋能者。

为什么是CoolGaN™？

氮化镓作为宽禁带半导体材料，具有显著的性能优势：

• 更低损耗：开关损耗与导通损耗显著低于硅器件

• 更高频率：支持更高开关频率，减小无源器件尺寸

• 更高密度：实现更紧凑的系统设计

• 更好热性能：优异的热导率与可靠性

这些特性，恰好命中现代光伏与储能系统的核心诉求。

三大应用场景，CoolGaN™全面赋能

1. 微型逆变器：周波变换器拓扑实现单级转换

传统微型逆变器多采用两级架构，需配置庞大的直流母线电容。而基于CoolGaN™的周波变换器（Cycloconverter） 拓扑，实现了单级DC-AC转换，带来多重优势：

• 全软开关：初级与次级均实现软开关，效率最高可提升2%

• 更高频率：支持100kHz-250kHz开关频率，减小变压器尺寸

• 双向能力：支持能量双向流动，适用于交流耦合储能系统

• BOM优化：相比传统拓扑，至少减少两个半导体器件

英飞凌开发的500W周波变换器演示板，采用CoolGaN™ BDS双向开关，峰值效率达97.6%，CEC效率96.7%，THD低于5%，支持无功功率控制（-0.8至+0.8）。

2. 组串/混合逆变器：HERIC拓扑的GaN方案

HERIC拓扑因其共模噪声抑制能力强、无源器件需求少，在住宅单相组串逆变器中广泛应用。该拓扑需要一个双向开关，传统方案需两个器件串联。

英飞凌CoolGaN™ BDS双向开关可直接替代这两个串联器件，实现：

• 系统成本降低：一个器件替代两个

• 更高功率密度：支持更高开关频率，减小无源器件

• 效率提升：利用GaN的优异性能指标，提升整体能效

3. 光伏优化器：中压GaN实现高频高密

光伏优化器通常在户外恶劣环境下工作，要求体积小、效率高。传统硅基优化器开关频率约100-200kHz。采用CoolGaN™中压器件（80-200V），可实现：

• 频率提升至1MHz：显著减小电感等无源器件

• 损耗大幅降低：在48V-12V降压转换器中，与硅MOSFET相比：

▫开关损耗降低37%

▫导通损耗降低27%

▫反向恢复损耗降低100%

▫栅极损耗降低80%

• 热性能优异：250kHz下温度低19℃，500kHz下温度低44℃

• 功率密度倍增：相同条件下，功率密度可提升2.5倍

高压BDS双向开关：单片集成，双向导通

英飞凌650V CoolGaN™双向开关（BDS）采用单片集成技术，实现真正的双向导通与阻断能力：

• 单片集成：单个芯片替代传统背靠背配置中的两个器件

• 衬底电压控制：集成衬底电压控制电路，动态连接至低电位源极，避免背栅效应

• 四种工作模式：标准ON/OFF模式与两种二极管模式，支持硬开关与软开关拓扑

• 应用广泛：适用于光伏、服务器、电信、车载充电器、适配器等

首批BDS产品包括55mΩ和110mΩ两款，采用TOLT封装，现已发布。

完整产品组合，助力系统设计

英飞凌为中高压GaN应用提供丰富的产品选择：

• 中压CoolGaN™（80-200V）：PQFN 3x3/3x5封装，双面散热与底部散热可选；RQFN封装与硅器件引脚兼容，可直接替换

• 高压CoolGaN™（650V）：单向开关涵盖114mΩ至25mΩ，提供DSO、TOLL、TOLT多种封装

• 高压BDS双向开关：55mΩ/110mΩ，TOLT封装

三大技术布局，系统级方案交付

英飞凌在硅、碳化硅、氮化镓三大功率半导体技术领域均具备深厚积累。依托全球供应链、软件整合能力与封装工艺，我们不仅提供元器件，更交付完整的系统级解决方案：

• 功率器件与驱动器的优化匹配

• 电流传感IC、连接IC、存储IC

• PSOC™ Control C3微控制器平台

结语

CoolGaN™正在重新定义光伏与储能系统的性能边界：更高效率、更小尺寸、更低成本。无论是微型逆变器的单级转换、HERIC拓扑的双向开关替代，还是光伏优化器的高频高密设计，CoolGaN™都展现出不可替代的价值。

英飞凌，作为您值得信赖的GaN解决方案合作伙伴，以可靠的品质、领先的密度和完善的系统级方案，助力您在能源变革浪潮中赢得先机。