太陽能逆變器和ESS應用以及其他可再生能源系統正在使電網現代化，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，并且結構緊湊且價格低廉。

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，因為它們能夠提高功率密度、降低開關損耗和提高開關頻率。碳化硅解決方案為太陽能半導體提供更輕、更小、更高效的太陽能逆變器，這些半導體在經歷環境溫度波動、高濕度和其他惡劣條件的環境中吸收陽光并將其轉化為電能。

對于ESS應用，

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技術運行溫度更低、速度更快，并實現了更小、更輕的電力電子設備和更高的能源效率。讓我們回顧一下在器件、子電路和系統層面進行PCB布局設計的一些挑戰和技巧。

PCB布局決定SiC的成功與否

基于SiC的系統利用卓越的開關特性和低導通損耗，可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功率器件固有的高電壓壓擺率（dv/dt）和電流壓擺率（di/dt）使這些電路對串擾、誤導通、寄生諧振和電磁干擾（EMI）敏感。

設備級

在器件級，元件之間適當的爬電距離和間隙距離至關重要，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印制電路板設計通用標準和IPC 9592電源轉換設備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，并且通過機械固定在機箱上，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度會增加爬電距離。由于機箱形狀不同，有時端子必須彎曲成一定角度。

子電路級別

更高的轉換速率與寄生電容和環路電感相結合，使電路對串擾、誤導通、電壓過沖、振鈴和潛在的EMI問題更加敏感。

在這個級別上，SiC柵極驅動用于打開和關閉功率半導體;根據不同的元件，柵極可能會發生振蕩和過沖。振蕩可以通過更高的阻尼來控制，這與柵極電阻成正比，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柵極驅動器的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，使柵極驅動器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，因為除了高dv/dt外，它們還會導致串擾、誤導通和開關損耗增加，它們還決定了壓擺率，并有助于將高電場和磁場的影響降至最低。

系統級的PCB布局會影響冷卻。仔細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為重要，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/輸出連接器應放置在遠離高dv/dt走線/節點的位置，以避免噪聲耦合。敏感信號，包括柵極環路和控制信號，應遠離高dV/dt跡線/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降低冷卻效果，這取決于銅平面的大小和用于散熱的層數、熱通孔直徑、間距和銅厚度。確保MOSFET不要靠近其他熱源，包括其他功率半導體，同時使用銅平面（最好是多層），將熱量從MOSFET散發出去。

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編輯：黃飛

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