Jiangshan Scotech Elettrico Co., Ltd
L'implementazione dei trasformatori-allo stato solido accelera mentre la Cina raggiunge innovazioni nei dispositivi di alimentazione SiC di classe-KV
Dec 01, 2025
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Due importanti progressi nel campo dei semiconduttori ad ampio-bandgap sono stati recentemente annunciati in Cina: un dispositivo di alimentazione SiC a blocco bidirezionale-da 15 kV sviluppato dal team del Dr. Xing Huang a Pinejade e un MOSFET SiC da 10 kV rilasciato congiuntamente da Zhanxin Electronics e dall'Università di Zhejiang.
Questi risultati segnano l'ingresso della Cina nel livello leader internazionale della tecnologia SiC di classe kV- e si prevede che accelereranno in modo significativo la commercializzazione dei trasformatori a stato solido (SST) nelle reti intelligenti, nei data center AI e nei sistemi di energia rinnovabile.
Eliminare il collo di bottiglia tecnico degli SST-ad alta tensione
In quanto apparecchiature di prossima-generazione per i futuri sistemi energetici, gli SST promettono elevata efficienza, dimensioni compatte e gestione flessibile dell'energia. Tuttavia, la loro industrializzazione è stata a lungo limitata dalle limitazioni prestazionali dei dispositivi di alimentazione ad alta-tensione.
I tradizionali IGBT al silicio non possono soddisfare i requisiti SST di alta tensione, alta frequenza di commutazione e basse perdite. Il SiC, con un'intensità di campo di rottura dieci volte superiore a quella del silicio e perdite di commutazione e conduzione intrinsecamente inferiori, è emerso come il materiale ideale per applicazioni ad alta-tensione di classe kV.
Le recenti scoperte nei dispositivi SiC da 10-15 kV migliorano significativamente l'efficienza SST, semplificano l'architettura del sistema e riducono i costi-ponendo le basi per l'implementazione SST a media-tensione.
Il dispositivo SiC di blocco-bidirezionale da 15 kV semplifica le topologie-di media tensione
Sviluppato dal Dr. Xing Huang durante il suo mandato presso il FREEDM Systems Center, North Carolina State University, ilDispositivo SiC da 15 kVaffronta le sfide di lunga data-nelle reti di distribuzione-di media tensione.
I dispositivi SiC commerciali inferiori a 3 kV richiedono configurazioni di ponti H-cascata multilivello per connettersi alle reti da 10–35 kV. Ciò porta a:
un gran numero di dispositivi,
maggiore complessità del controllo,
ridotta affidabilità del sistema.
Il nuovo dispositivo da 15 kV-con reale capacità di blocco bidirezionale e tensione di rottura di 15 kV-può interfacciarsi direttamente con reti di media-tensione senza collegamento a cascata multi-stadio, riducendo i livelli di collegamento a cascata SST di oltre l'80%.
Un nuovo design del terminale bidirezionale, combinato con studi approfonditi sul comportamento in cortocircuito-, guasto a valanga e invecchiamento ad alta-temperatura, consente la caratterizzazione completa dell'affidabilità e supporta scenari impegnativi come l'isolamento dei guasti CC e i sistemi HVDC.
MOSFET SiC da 10 kV: ampia area del chip, corrente elevata e pronto per la produzione di massa-
All'ISPSD 2025, Zhanxin Electronics e l'Università di Zhejiang hanno presentato un MOSFET SiC da 10 kV che affronta due importanti sfide del settore: la fabbricazione di wafer su vasta-area e la perdita di conduzione ad alta-tensione.
Punti salienti delle prestazioni principali:
dimensione del chip: 10 mm × 10 mm, uno dei più grandi segnalati pubblicamente;
corrente di conduzione: ~40 A;
breakdown voltage: >12 kV;
specifico sulla-resistenza (Ron.sp):<120 mΩ·cm², approaching theoretical SiC limits;
prodotto su una piattaforma SiC da 6-pollici con capacità di produzione di massa scalabile.
Il dispositivo sfrutta l'impianto di ioni ad alta-energia e un design JFET stretto per risolvere il compromesso intrinseco-tra alta tensione e bassa resistenza, mentre le strutture terminali ottimizzate migliorano la resa per chip di-area di grandi dimensioni.
Abilitazione degli aggiornamenti su reti intelligenti, data center AI e energie rinnovabili
Si prevede che la maturazione dei dispositivi di potenza SiC di classe kV- accelererà l'adozione dell'SST in più settori:
Griglie intelligenti
Gli SST che utilizzano dispositivi SiC a media-tensione consentono un'efficiente conversione CA–alta-frequenza–CC, migliorando la flessibilità della rete e l'integrazione dell'energia distribuita.
Centri dati IA
I dispositivi SiC di classe-kV rendono realizzabili le architetture di alimentazione diretta-di media tensione.
La densità di potenza a-rack singolo può raggiungere 1 MW.
Il PUE può scendere al di sotto di 1,1.
Il risparmio energetico annuale per i data center di grandi dimensioni può raggiungere decine di milioni di kWh.
Energia rinnovabile
Grazie alle prestazioni ad alta-frequenza:
Gli inverter fotovoltaici e i convertitori eolici possono ridurre le dimensioni del filtro del 50%.
il costo del sistema diminuisce del ~20%;
L'affidabilità migliora in condizioni ambientali difficili.
Prospettive: tensione più elevata, costi inferiori e implementazione più ampia
Si prevede che i dispositivi SiC di classe kV- si evolveranno verso:
tensioni di rottura più elevate (15 kV+), valori di corrente più elevati e minori perdite attraverso il trench-gate e le tecnologie di confezionamento avanzate;
costi inferiori tramite wafer SiC da 8 pollici e miglioramenti della resa;
un’integrazione più profonda con gli SST per consentire topologie innovative per reti intelligenti, cluster di calcolo AI e basi di energia rinnovabile.
Queste scoperte dimostrano un forte slancio nell'ecosistema SiC ad alta-tensione della Cina e segnalano una finestra critica per una rapida industrializzazione dell'SST.
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