（来源：老司机驾新车）
固态变压器功率器件简析—渗透率及方案选择
要点
以下观点来自行业专家：
1.传统的交流UPS和功率模块主要使用IGBT。但SST和高压直流采用了不同的技术路线，主要基于碳化硅和氮化镓等电力电子技术。
2.从当前情况看，在2024年开始小批量渗透的SST产品中，碳化硅的应用相对更多一些。预计到2026年下半年，相关送样产品会陆续出现。
3.虽然维谛等对第三代化合物半导体有所了解，例如在一些局部或小功率模块上已有应用，但对于SST所需的高达上百千赫兹频率和更大功率模块的应用，仍需进行更深入的研究。
1.请介绍一下目前中功率器件的构成情况，以及未来的演进趋势?
目前中功率器件的构成可以分为三个主要部分。首先是主驱，即驱动电机部分，这部分仍以IGBT为主，但碳化硅的渗透率正在快速提升。其次是OBC(车载充电机)和车载DC-DC,这部分基本上已经完成了从硅基向碳化硅的切换。第三部分是车身和座舱中的低压部分，这部分仍然大量使用传统的硅基MOSFET。
从未来的演进趋势来看，主驱部分是碳化硅应用的主要增长点。预计到2025年，主驱中碳化硅的渗透率将达到50%左右。在OBC和车载DC-DC领域，碳化硅的应用已经非常成熟和普遍。而在低压部分，虽然也有向碳化硅技术演进的趋势，但由于成本和性能需求的差异，其演进速度会相对较慢。整体而言，碳化硅在整个功率器件市场的渗透率预计将从2025年的30%左右，增长到2030年的50%以上。
2.碳化硅替代IGBT的技术趋势如何，尤其是在数据中心800V高压直流应用背景下?
碳化硅替代IGBT的趋势在行业内已讨论多年，尤其在2025年随着800V DC方案的发布而升温。从技术成熟度来看（更多实时纪要加微信：aileesir），固态变压器仍有待提升。过去几年，包括西安交通大学在内的研究机构一直在深入研究SST技术，但其发展受到一些因素的制约，特别是在保护方面。SST属于直流保（更多实时纪要加微信：aileesir）护范畴，而目前整个直流保护的产业链尚不成熟，这是限制SST快速部害的主要约束条件之一。尽管存在技术难点，但SST技术带来的能效提升、损耗降低以及占地面积缩小等显著优势，预示着该技术最终会实现，只是时间问题。行业内已有探索。
3.目前SST和HVDC方案中使用的功率器件具体是什么技术路线，与传统的IGBT有何不同?
传统的交流UPS和功率模块主要使用IGBT。但SST和高压直流采用了不同的技术路线，主要基于碳化硅和氮化镓等电力电子技术，这与传统的IGBT技术存在根本性差异，构成了一种颠覆性的变革。IGBT在功率提升方面存在局限，例如，单个UPS功率模块的功率从早期的15KW发展到30KW、50KW,近一两年国内厂商如科华、科士达等已能做到约120KW,通过在单个机柜中集成约10个模块来实现兆瓦级的UPS解决方案。但对于未来更高功率密度的需求，IGBT技术将受到限制。
4.针对英伟达GB200等高密度机柜，2026年海外云服务厂商部署的800V HVDC方案将采用何种功率器件技术?
预计2026年海外云服务厂商部署的800V HVDC方案将主要采用碳化硅和氮化镓技术。数据中心直流供电电压经历了从早期与运营商合作的240V,到后来未成为主流的336V,再到两年前行业普遍预期的400V。但2025年行业讨论的焦点已转向800V,这主要是为了应对单机柜功率密度达到百千瓦级别的需求，例如英伟达的GB200或NL72机柜，其功率密度基本从100KW起步。传统的供电技术无法支持如此高的功率密度，因此未来几乎可以确定将由氮化镓和碳化硅技术主导。
5.固态变压器的成本构成是怎样的，其中功率器件的成本占比大概是多少?
目前，从整体架构层面比较，SST方案的总成本相对于巴拿马等其他架构仍然偏高。不过，随着产业链的成熟和更多厂商的加入，其成本预计将呈现快速下降的趋势。具体到SST设备内部，不同元器件的成本占比会因品牌和供应商选择的差异而有很大不同。因此，目前难以给出一个确切的、统一的功率器件成本占比数值，例如30%、40%或50%。行业分析更侧重于从更高层级的"Power Train"视角进行评估，即从10KV进线柜、SST、直流配电柜等整个供电链路进行考量，而非深入到单个设备内部元器件的成本构成。
6.在碳化硅和氮化镓这两种宽禁带半导体技术路线中，哪一种将在未来的SST和HVDC应用中占据主导地位?
碳化硅和氮化镓同属于宽禁带半导体技术，但它们的技术成熟度有所差异。目前行业内对于这两种技术路线的未来发展格局尚未形成明确共识，即是两者共同发展，还是其中一种技术将占据主导地位。因此，业界厂商普遍在对这两种技术进行同步尝试和评估。从当前情况看，在2024年开始小批量渗透的SST产品中，碳化硅的应用相对更多一些。预计到2026年下半年，相关送样产品会陆续出现，而到2027年，包括英伟达在内的厂商将会推出800V及SST的样机。
7.数据中心存在多种配电架构，例如传统UPS、高压直流、阿里巴拿马架构以及SST架构，它们之间有何差异?
从历史演进来看，数据中心的配电架构大致可归结为四种主流类型。首先是传统的UPS路线，其路径为从10KV进线柜经过AC/DC整流和DC/AC逆变过程。其次是国内发展起来的高压直流路线，通常为240V。第三种是阿里巴巴推广的巴拿马架构。最新的是固态变压器架构。这四种架构在效率和成本上各有优劣，其发展和应用也受到保护元器件、产业链完善程度以及碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体技术进步的影响。
8.阿里巴巴的巴拿马供电架构采用了哪种功率器件技术?
巴拿马架构采用的是移相变压器，这与固态变压器是不同的技术路径。其供电链路为：通过移相变压器后进行AC到DC的转换，然后直流输出至列头柜，再由列头柜为IT机柜供电。在其AC/DC转（更多实时纪要加微信：aileesir）换环节中使用了功率元器件，但这些是传统的功率器件，而非基于碳化硅或氮化镓等新型电力电子技术。该架构是在传统变压器加低压配电和UPS或高压直流方案的基础上演进而来的。
9.维谛和伊顿这类公司在第三代化合物半导体电力电子技术方面的理解和积累处于什么水平?
这类公司在电力电子领域具备一定积累，但此前主要集中在容量较小、频率较低的产品上，例如几百千瓦、（更多实时纪要加微信：aileesir）几十千赫兹的模块。虽然他们对第三代化合物半导体有所了解，例如在一些局部或小功率模块上已有应用，但对于SST所需的高达上百千赫兹频率和更大功率模块的应用，仍需进行更深入的研究。相较于没有相关背景的企业，他们具备明显优势。研发SST需要对50至500千赫兹的整个频谱进行深入研究，并评估不同技术路线，例如在碳化硅和氮化镓之间做出选择。
