随着AI数据中心规模不断扩大，单机柜功率持续攀升，电力供应开始成为算力基础设施必须面对的问题。如何把更多电力送进数据中心，同时减少传统供电链路中的转换环节，SST因此进入了产业视野。尤其是推动具备中压能力、支持兆瓦级功率的SST走向商业化，本身就意味着电力电子技术跨过了一道不小的门槛。
但SST真正走向大规模商用，并没有那么简单。传统变压器和配电设备经过长期应用，已经建立起成熟的可靠性体系。对于AI数据中心这样的关键基础设施，停电带来的损失远高于一般工业场景。
因此，SST不仅要做到效率高、功率密度高，更要经得起长期运行的考验。这背后，需要芯片厂商的支持。最近，功率和模拟巨头们就在集体加码SST。
本文是SST固态变压器系列的第二篇文章。
芯片厂商集体加码SST
Infineon：SiC的布局具体到SST各级
英飞凌认为，设计一套采用SiC功率模块的固态变压器（SST），首先要确定系统架构，包括中压输入、直流链路和输出电压、是否需要电气隔离、子模块功率以及拓扑结构。典型SST由有源前端（AFE）、隔离DC-DC和最终输出级组成，中间通过中频变压器完成电压变换和隔离。相比传统50/60Hz变压器，SST采用高频电力电子变换，体积和重量更小，还能同时输出交流和直流。英飞凌还提到，与其合作的DG Matrix，其SiC SST平台相比传统变压器至少可缩小、减重30%。
SiC主要用于解决SST的高压、高频和损耗问题。英飞凌表示，传统硅IGBT和MOSFET很难同时满足SST的kV级电压和高频开关需求，而SiC可以承受中压电网的高电压，并通过更高的开关频率缩小磁性器件，同时降低多个功率转换级的损耗。目前英飞凌提供2000V CoolSiC分立MOSFET，以及2300V、3300V CoolSiC MOSFET功率模块。
具体到SST各级，AFE通常采用CHB或MMC等多电平拓扑，并使用2300V、3300V高压SiC模块；隔离DC-DC级则可采用DAB等高频拓扑，根据电压等级选择750V、1200V、2300V或3300V模块。旁路、OR-ing和eFuse等环节，也可以使用SiC MOSFET承担高压开关和故障保护。
从应用来看，英飞凌已经把SST与AI数据中心、储能和电动汽车充电联系起来。其中，AI数据中心是重点方向。随着数据中心从MW级向GW级扩展，供电系统需要更高电压、更高功率密度的电力转换方案，SST可以把中压交流直接转换为数据中心所需的直流电压。英飞凌给出的一个典型设计例子是10kV交流输入，输出±400V或800V直流。对于1MW级系统，还可以按照100kW一个子模块进行模块化设计，通过多个功率单元分担电压和电流，并预留冗余。整体来看，英飞凌的思路比较明确：先确定SST的电压、功率和拓扑，再根据各级的电气应力选择不同电压等级的SiC模块。
Microchip：推出3.3 kV HV-D3 mSiC功率模块
Microchip在今年5月，针对SST在AI超大规模数据中心及其他高压电力应用，推出全新的3.3 kV HV-D3 mSiC功率模块。新模块集成了3.3千伏碳化硅（SiC）mSiC MOSFET和肖特基二极管。Microchip的mSiC MOSFET技术在高温下具有极高竞争力的RDS（on）稳定性，同时为硬开关和软开关拓扑提供平衡的开关损耗，使该器件非常适合SST设计及其他高频高压系统。
封装方面，采用行业标准的62毫米封装，支持6 kV隔离，采用CTI 600级材料，具备更长的爬行距离，可在高压工作时的安全串联连接。氮化硅（Si₃N₄）基板提供更高的热导率和电源循环能力，帮助设计师以更温和的冷却方式实现更高的功率密度。
Microchip表示，3.3 kV HV-D3 mSiC使设计师在连接至13.8 kV或34.5 kV电极时，相较于低压SiC方案，串联连接设备数量约减半。这些器件还弥补了工业市场中100–300A产品的关键空白，连接了分立的SiC器件和更大型的功率模块。此外，功率模块有半桥和共源配置，配备和不带反并联肖特基二极管两种。
onsemi：推进SiC MOSFET、JFET和模块的应用
今年7月，onsemi也在官网表示，随着SST逐步走向商业化，onsemi正围绕高压SiC技术完善相关产品布局，覆盖商用SiC功率模块、2.3 kV和3.3 kV下一代高压SiC器件，以及结合SiC与硅器件的成本优化方案。这些产品可用于从数百千瓦到兆瓦级的电力转换系统，面向AI数据中心、工业电源、电网基础设施等应用。
与此同时，onsemi还在推进SiC功率保护技术，可用于固态断路器、电源旁路等关键基础设施。随着AI数据中心功率需求持续增长，SST对高压SiC器件的需求也将进一步增加，onsemi希望通过高效率、高可靠性的功率器件和模块，支持下一代高压电力系统。
从onsemi官网给出的框图中，可以看出，onsemi针对SST给出了完整的器件方案，核心包括EliteSiC SiC MOSFET、SiC Cascode JFET、SiC肖特基二极管和SiC功率模块，覆盖半桥、全桥和TNPC等拓扑。典型产品比如NTH4L014N120M3P、NTH4L013N120M3S、NDSH30120CDN、UF4C120053K4S、NXH008P120M3F1PTG。
此外，onsemi还提供隔离栅极驱动器、数字隔离器、控制器、电流检测、通信接口、eFuse等器件，覆盖SST功率单元、控制、保护和通信环节。典型产品比如NCP51152、NCID9311、NCP431、NCP716、NIS3071。
ST：也在布局用于SST的SiC
ST对于800V架构一直很关注，2025年ST推出过一个完整的800V→50V、12kW原型，又在2026年又进一步推出800V→12V 和800V→6V 两条路线。
ST在今年的技术文章中重点强调了“From grid-to-core”的战略布局，整个链条是：Grid → solid-state transformer → 800 VDC distribution → power racks → core power stages → xPU/GPU → optical network。
其中，ST明确了SiC器件用于前端的SST。今年APEC上，ST还展示了Solid-State Protection方案，包括用于固态断路器的eMOV浪涌保护。SST的功率转换之外，故障保护和旁路也已成为ST布局的一部分。
Wolfspeed：展示3.3kV模块的合作案例
今年5月，Wolfspeed表示，SiC是现代SST的一项关键使能技术。作为案例，Wolfspeed介绍了SST公司Amperesand采用其SiC模块，为AI工厂提供融合式基础设施供电的方案。
Amperesand在中压前端采用Wolfspeed 3.3kV全桥WolfPACK模块，从而能够在保持冗余、可维护性以及应对中压应力所需裕量的同时，大幅减少功率级数量，进一步优化功率密度、效率和成本。
Wolfspeed的模块相比典型中压SST工作电压具有更高的电压裕量，因此在发生电压过冲时，可以提供额外的冗余能力。此外，这些模块采用超高耐久性的芯片。集成的Wolfspeed 第四代SiC MOSFET技术具备出色的抗宇宙辐射能力，在整个安装任务剖面下，其性能超过预期的FIT失效率水平。
Wolfspeed的新型3.3kV模块采用环氧树脂封装，以提高机械稳定性。与采用标准硅胶封装的模块相比，Wolfspeed的环氧树脂填充封装使功率循环性能提升了5倍。
根据Amperesand提供的失效判据，Amperesand SST中的SiC由于低于30℃的温度变化幅度（ΔT），能够实现接近无限的使用寿命。这一性能得益于高度创新的液冷系统。该系统支持超过50℃的环境温度运行，使AI工厂能够在各种环境下获得关键电力供应。
Wolfspeed的3.3kV WolfPACK模块所带来的可靠性优势不局限于基板层面。Amperesand利用WolfPACK更高的电压性能，在其模块化架构中对功率级进行合理设计，从而实现更好的可维护性，同时不牺牲成本、连接数量或功率密度。
对于SST而言，维护和维修必然会成为长期可靠性的一部分，这与其他电力基础设施设备没有区别。关键在于，让维护过程具备可预测性、连续性，并且易于安排。第四代SiC技术使Amperesand的功率级足够小、足够轻，可以由两名工作人员使用常见的升降设备，在几分钟内完成简单更换，同时在正常运行期间满足中压运行的严苛要求。
简单、易用的功率级更换流程，可以将客户停机时间降至最低，帮助SST实现所谓的“五个9”可用性，即99.999%可用率。
Rohm：正在加强与台达的合作
Rohm最近在一篇技术文章中表示，台达正在与Rohm加强合作，正在同时推进800VDC和±400VDC，并计划2026年Q2～Q3开始量产。其中，明确提到SST使用高压SiC功率MOSFET。Rohm表示，持续开发在性能上设定高标准的SiC MOSFET器件。
当然，Rohm的布局并不只是提供一颗SiC MOSFET，而是希望随着AI数据中心从传统低压供电转向800VDC、±400VDC，进一步进入前端高压电力转换环节。Rohm认为，AI数据中心正在给SiC带来一个新的增长市场。其预计，到2030年前后，SiC功率器件市场规模有望从目前约5000亿日元扩大至1万亿日元，而数据中心应用还可能新增约2000亿日元的市场，未来甚至达到5000亿日元。
TI：从系统控制和模拟链路切入市场
除了重点布局SiC功率器件的厂商之外，另一类半导体公司则正在从系统控制与模拟链路角度切入SST市场，德州仪器（TI）便是其中之一。
从TI公布的SST方案可以看到，其围绕固态变压器构建完整的系统级参考设计与控制架构。TI认为，下一代SST系统需要同时实现更高功率密度、更高效率以及更强实时监控能力，因此其方案重点放在高精度感知、实时控制以及模块化安全设计上。
在SST系统中，电压、电流以及温度测量精度会直接影响整个系统运行状态。传统电网设备很多时候仍然依赖较慢的状态反馈机制，而SST由于采用高频功率变换，本身对于实时感知能力提出了更高要求。尤其在中压环境下，任何局部异常、热漂移或者瞬态波动，都可能迅速影响整个系统稳定性。
TI在方案中强调，SST需要具备对电压、电流与温度的精准测量能力，同时还需要实现实时通信、实时状态监测以及故障识别与处理能力。这背后的逻辑，与SST本身“电网电子化”的方向高度一致。
传统变压器本质上更像是一个被动能源设备，而SST则越来越接近一个具备感知、计算、控制与通信能力的智能能源节点。未来电网中的变压器，不再只是完成电压转换，而是需要持续监测系统状态、动态优化功率流、识别异常情况，并与整个能源网络保持实时通信。
TI同时提到，SST系统还需要支持模块化故障安全（fail-safe）电源架构。
这一点对于中压电力电子系统尤其重要。随着SST开始采用大量高频功率器件与数字控制系统，传统依靠机械结构实现的天然可靠性，正在逐渐转向电子化冗余与软件控制可靠性。系统不仅需要具备故障检测能力，还需要在部分模块失效时维持整体运行能力。
这种设计思路，与当前AI数据中心供电架构的发展方向也高度相似。整个行业正在把电力基础设施从“固定硬件系统”，逐渐演变为“可监控、可管理、可动态调度”的电子系统。
TI也展示了基于SiC的50kW模块化固态变压器（SST）中压应用参考设计，在其中，TI表示中压电网的电压通常在10kV～30kV范围。中压运行面临的一个核心问题是：普通功率半导体无法承受如此高的电压。因此，拓扑选择非常关键。在目前研究的多种转换器架构中，级联H桥（CHB）被认为是SST比较实用的方案之一。
这套SST参考设计实际上把TI的多个产品组合到了同一个系统中。其中比较值得注意的是：
款高隔离电压DC/DC电源模块UCC35131-Q1、面向SiC MOSFET和IGBT的单通道隔离式预驱动器UCC218915-Q1、用于SST数字控制的TMS320F28P65x、用于隔离式电流、电压检测的AMC0306M05 / AMC1336、集成变压器的隔离式DC/DC电源模块UCC33421-Q1、用于保护和电压监测的AMC23C12、集成隔离屏障和温度传感器ISOTMP35、隔离式霍尔电流传感器TMCS1133。
为什么SiC是焦点？
从上面厂商的布局来看，SiC是核心和重点，围绕SiC，厂商又布局了系统控制与模拟链路。为什么SiC会是这其中的重点？
传统变压器直接工作在中压电网侧，其输入端往往需要面对数千伏乃至数万伏等级的高压环境。SST如果想要实现高频化与电子化，就必须依赖能够在中压条件下长期稳定运行的高压功率器件。
过去的硅基功率半导体，很难同时兼顾高耐压、高频率、高效率以及长期可靠性。整个产业长期缺少真正能够支撑SST落地的器件基础。随着以碳化硅（SiC）为代表的新一代宽禁带半导体逐渐成熟，这个局面开始发生变化。
在SST中采用SiC设计带来了诸如管理高dv/dt开关、控制电磁干扰（EMI）、确保中压水平下的良好绝缘以及优化热性能等挑战。这些因素需要精心布局、栅极驱动器设计和系统级绝缘规划，以确保可靠运行。
SST架构通常采用级联H桥拓扑结构（CHB）。前端AC-DC级面对中压输入，通常需要2300V至6500V等级的SiC器件；下游隔离DC-DC级的器件电压则通常在1200V至2300V。
随着系统电压继续提高，10kV级SiC MOSFET也开始受到关注。相比传统IGBT模块，更高电压等级的SiC器件可以减少串联器件数量，降低开关损耗，并简化散热设计。不过，高压SiC也对栅极驱动提出更高要求，需要承受较高的隔离电压和极端dv/dt。比如2kV直流母线，驱动系统的工作耐压需要留出更高的安全裕量。
当然，随着SiC的采用，设计也会有很多关键点。比如，SiC器件支持更高频率运行，可以缩小中频变压器和其他磁性器件的体积与重量，提高功率密度。但频率升高也会带来更高的开关损耗和EMI，因此需要在效率、功率密度和系统设计难度之间找到合适的平衡。此外，SST的功率密度较高，即使SiC器件能够承受更高结温，散热仍然是设计中的重要环节。散热器尺寸、风冷或液冷方案，以及长期热循环带来的影响，都需要提前考虑。
GaN也有市场空间
值得注意的是，除了SiC，GaN也在SST有应用。Enphase用双向氮化镓GaN BDS产品，其与当前主流 SST 路线差异，其1.25 MW IQ SST由342个4 kW功率模块构成，采用协调的串并联架构，并可进一步扩展到 5 MW。每个小模块内部集成了高频变压器、GaN功率开关，以及Enphase自研的Kestrel 22nm控制ASIC。这些模块支持热插拔，因此其整体思路很像Enphase多年来在微型逆变器上形成的“重复小模块”方法被直接搬到了SST上。
SST正在改变电力系统的形态
SST的爆火，主要还是要归功于AI数据中心的爆火。随着AI数据中心的功率需求不断上升，供电能力已经开始影响算力部署。传统50/60Hz变压器体积大，供电链路中的转换环节也较多，进一步增加了损耗和系统复杂度。与此同时，AI数据中心正向800V甚至更高电压的直流机架供电发展。
在这种架构下，SST可以减少中间转换环节，将中压交流更直接地转换为高压直流，从而降低损耗，并为更高功率密度的AI机架提供更灵活的供电方案。
SST通常先将中压交流转换为直流，再通过隔离的高频DC-DC级完成电压变换和能量传输，最终输出稳定的直流或交流电。多个SST单元可以共同承担系统功率，栅极驱动器、隔离器件、传感器和微控制器则负责开关控制、状态监测和保护。
SST非常像当年信息产业从模拟走向数字的过程。过去，信息只能被被动传输与存储，而数字化之后，信息开始能够被实时处理、动态管理以及智能优化。
今天，类似的变化正在发生在电力系统中。过去的电网，本质上更像是一个大规模的模拟能量网络；未来的电网，则开始逐渐演变为一个能够实时感知、实时控制、动态调度的数字能源系统。SST所推动的，不只是一次电源架构升级，而是整个能源基础设施电子化与数字化的开始。
#SST#SiC#固态变压器#功率模块#电力系统
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