全球人工智能数据中心“军备竞赛”拉开了800 VDC新型电力系统的序幕。固态变压器作为核心设备，已在多个数据中心落地应用。据调研，国内某固态变压器企业的订单将增长700%，整个行业正处于大规模商用的爆发前夜，一个千亿级的电力装备新版图已经徐徐展开。

业内共识认为，碳化硅器件的突破是解锁SST大规模商用的关键钥匙，那么现阶段的应用进展如何？有哪些主流的拓扑和器件选型？规模化落地还面临哪些现实挑战？

针对以上话题，本次专题邀请到多家产业链企业，从固态变压器的不同环节出发，共同探讨固态变压器的发展机遇与SiC方案产业化进程。

固体变压器处于爆发前夜

单一企业订单增长700%

2023年Chat GPT的爆发式发展，直接引发了全球人工智能数据中心（AIDC）的大规模建设热潮。2025年谷歌、微软等领军企业均公布了规模空前的数据中心建设规划，拉开了新一轮AI数据中心军备竞赛的序幕。

值得关注的是，为进一步提升机架功率密度并改善数据中心整体能效，英伟达、微软、谷歌、Meta等巨头正在积极推动数据中心供电架构迈入高压直流（HVDC）时代——800 VDC或±400 VDC，而国内的字节跳动和美团等科技巨头也在布局800 VDC供电架构。

“算力的尽头是电力，电力的尽头是变压器”是行业共识，而固态变压器（SST）已经成为HVDC数据中心供电架构的核心设备。

据伟创力关键电源与嵌入式电源事业部总裁Chris Butler解释，将数据中心各级电源转换单元整合为单个固态变压器，不仅能提升能效，还能大幅减少配电房占地面积，从而可以提升数据中心的盈利空间。

2025年以来，越来越多的企业正在推进固态变压器的研制和落地化应用。调研发现，仅中国已有多个数据中心采用了固态变压器，例如贵安数据中心、万国的重庆数据中心、秦淮的怀来数据中心等。

业内认为，2025年是固态变压器的启动之年，2026年将是发展元年，部分“先行者”已经率先感受到市场的热度。

最近，为光能源创始人、总经理郝翔博士在接受采访时透露，2025年为光能源的固态变压器的出货量超100台，预计2026年出货量将同比增长700%以上。他预计，固态变压器全行业将在2027年下半年进入批量化生产阶段。

事实上，固态变压器的应用并不局限于数据中心，为光能源认为，未来五到十年内，它还将在新型配电网、交通电气化及零碳建筑等诸多关键领域，成为不可或缺的基石性装备，开启一个千亿级的巨大市场。

纳微半导体也看好固态变压器的广泛应用，该公司认为，在新能源高比例并网、直流负荷快速增长与电网柔性化趋势推动下，传统工频变压器在体积、效率与可控性方面的局限日益凸显，促使以电力电子为核心的固态变压器加速演进。

聚焦固体变压器在数据中心的应用，台达-中达电通资通讯基础设施事业部技术支援部总监张彦和则预判道，800V直流供电将呈现“海外先行、国内稳进”格局，这主要是因为海外GPU芯片发展快速，单机柜功率快速增长，高压直流供电架构势在必行，2027年将会大量应用。

为光能源则对数据中心导入固态变压器表示乐观态度，他们认为随着英伟达等巨头明确倡导在AI数据中心采用800V直流架构，作为核心转换设备的SST，已从“实验室猜想”迈入规模化商用爆发的关键阶段。

而德氪微也持类似观点，认为SST在大功率工业设备电机领域已有规模应用，但在AIDC数据中心市场当前处在市场导入初期阶段，但是2025年英伟达发布800V HVDC架构，将直接改变半导体器件在数据中心电源系统中的部署方式，也将加快SST导入AIDC的速度。

矽迪半导体也认为AIDC固体变压器市场增长确定性高，“预计在未来1—2年，SST处于行业定型期，未来3—5年，随着产品趋势的逐步确认，SST将陆续开始上量并逐渐爆发。”

碳化硅4大特性赋能SST

全面优化系统效率/体积/散热/可靠性

从英伟达公布的合作名单来看，第三代半导体与800 VDC供电架构是双向奔赴，碳化硅和氮化镓将成为新一代AIDC的关键技术。

而在固态变压器环节，SiC器件则备受青睐。调研发现，2025年以来基于SiC技术的SST系统已经实现了商用化落地，并且相关产品研发形成了热潮。

据郝翔博士透露，他早在2014年就预判到碳化硅器件的发展将掀起固态变压器革命。

以固态变压器系统厂商角度来看，为光能源认为，碳化硅的开关频率、低开关损耗、高击穿电场和高热导率等特性可以在固态变压器系统中直接转化为多个系统级优势。例如他们的“羲和”系列产品整机效率可达98.5%以上，对比UPS方案系统体积与重量减少60%以上。

从功率半导体及配套厂商角度来看，纳微半导体、矽迪半导体和德氪微同样表达类似的观点，认为碳化硅器件能显著提升固态变压器效率与功率密度。这得益于碳化硅的高频开关减小了无源元件体积，同时高耐压减少了模块级联数量，从而简化了系统结构，优化了整体成本。

SST碳化硅方案趋势：

从1200V三电平走向高压直挂

从固态变压器的工作原理来看，SST实现10kV交流电向800V直流电的转换通常需要两级转换电路构成——包括输入整流级（AC-DC）和高频隔离级（DC-DC）。

据矽迪半导体介绍，固态变压器的输入整流级通常采用级联H桥方案，而高频隔离级通常采用DAB方案或者LLC方案等。

常见固态变压器拓扑电路示意图

行业专家表示，从级联堆叠数量来看，固态变压器还可以分为多单元SST和单极SST，而由于高压碳化硅器件并不成熟，多单元SST是目前的主流。

纳微半导体表示，现阶段他们主要为固态变压器提供1200V耐压等级的SiC MOSFET 或者SiCPAK模块产品，拓扑以CHB+DAB/LLC的ISOP架构为主。

行业专家认为，现阶段1200V碳化硅分立器件要比1200V碳化硅模块更具性价比。不过，为了更进一步简化SST系统架构，越来越多的碳化硅企业正在开发更高压的器件/模块方案，以及三电平拓扑。

例如纳微半导体就新推出2300V、3300kV 及以上高压 SiC 器件和SiCPAK G+模块，搭配简化三电平拓扑将进一步提升系统集成度，实现小型化和更具适用性，兼顾高效与低成本的优势。

矽迪半导体则认为，SST方案将先从800V左右的两电平方案开始，以半桥和全桥模块为主。未来将逐渐过渡到1500V左右的三电平方案，比如矽迪半导体首个推出的用于前级的三电平H桥1200V 7m纯SiC功率模块和用于一次侧的四开关半桥纯SiC功率模块，在提升功率密度的同时，又显著降低了模组的设计难度，降低产品成本，目前也成为业内众多大厂重点考虑的方案。

矽迪半导体的三电平功率模块方案示意图

不过，SST 行业将进入技术路线切换期，逐步从 “级联堆叠” 向 “高压直挂” 升级。据了解，目前施耐德等头部企业也在开发基于3.3kV/10kV高压SiC MOSFET的直挂方案，通过减少级联级数提升固态变压器的可靠性。

为光能源表示，随着国产10kV/15kV级高压SiC MOSFET取得关键突破，SST可以直接采用更少的功率模块串联接入中压电网（如10kV），极大简化了系统拓扑结构。这不仅减少了元器件数量、提高了可靠性，也为实现“中压交流直转直流”的终极高效架构提供了关键的物质基础，是构建下一代高效、简洁能源系统的核心保障。

SST商用挑战之一：

亟需优化SiC可靠性

对于碳化硅来说，固态变压器的市场需求确定性较强，未来增量空间较大，但是进入该市场的难度颇高，尤其是数据中心用的固态变压器。正如科大智能电气技术有限公司杨丽颖所说，SST目前仍面临高压功率器件成熟度与成本的制约，而“碳化硅器件的突破将是SST大规模商用的关键前提。”

纳微半导体认为，固态变压器对于功率半导体的主要技术要求在于低温升高速运行、整体的使用寿命、可靠性高等。为了提升碳化硅器件的可靠性，纳微在其GeneSiC™ SiC MOSFET产品系列中采用了自主研发的沟槽辅助平面技术，具备高良率制造、低温升高速运行、寿命长、可靠性高的特点，从而达到比较理想的性能、耐久性与品质水准。

而矽迪半导体认为，SST 系统对SiC器件的其中一个本质要求是“电网级可靠性”。为此，该公司认为需要从多个维度提升碳化硅器件可靠性，包括：采用晶圆级测试分选，确保串联、并联器件的参数偏差小于3%；开发叠层母排集成封装、直接液冷封装，降低寄生电感，提升散热效率；将驱动电路、均压电路、保护电路与器件集成，重点围绕SiC的抗短路能力进行开发；通过材料改性、结构优化，提升器件的高温耐受和抗疲劳能力等措施。

此外在模块封装层面，纳微半导体还采用环氧树脂灌封技术，来提升SiC模块在高湿度和高温环境中长期稳定运行的可靠性而设计。该技术显著提升模块的可靠性与使用寿命（较传统方案延长10倍以上），并且模块在经历1000次热冲击循环测试（-40°C至+125°C）后，其热阻变化（增加）比传统硅胶填充模块低5倍。

SST商用挑战之二：

充分发挥SiC高压和高频特性

除了可靠性外，现阶段碳化硅器件在固态变压器的BOM成本占比仍然较高，因此行业专家认为，可以从提高碳化硅的器件耐压和开关频率入手。

首先，SST系统采用高耐压SiC器件，可实现直接接入13.5kV的电网电压，从而可以减少功率器件的级联，在提高系统整体效率和可靠性的同时，也可以大幅降低系统成本。

其次，通过提高碳化硅器件的开关频率，可以大幅缩小变压器等被动器件的尺寸和成本，整体SST系统的成本和体积也能够得到大幅压缩。

但是由于现阶段的高压碳化硅器件和高频变压器技术不成熟，SST系统通常难以同时实现大功率与高开关频率设计。

矽迪半导体认为，当前SST系统的主流开关频率水平仅30-40kHz（远高于硅基IGBT方案），短期内要突破100kHz仍面临较大挑战。而且即便开关频率能提升至100kHz，200A及以上电流也会显著加剧SiC器件开关损耗。

通常，完整的固态变压器的输入整流、隔离DC/DC与输出逆变等环节链路，都需要包含SiC MOSFET、栅极驱动与保护等相关部件。除了碳化硅器件和变压器外，栅极隔离驱动技术也是SST系统实现高压、高频设计的关键所在。

据纳微半导体介绍，现阶段SST 系统的高压侧/中压侧与中央控制器之间最主流的隔离通信方式是光纤通信，其次是隔离以太网、CAN、RS485。

德氪微解释道，这主要因为SST直接连接上游13.5kV电网电压，对爬电距离和隔离耐压提出了非常高的要求。

苏黎世联邦理工大学论文提到，根据IEC 60950-1国际标准，为确保系统的长期可靠运行，7kV电压下所需的爬电距离为dcr=32 mm，光耦、磁耦和容耦等栅极隔离驱动很难满足要求，为此要采用绝缘电压等级为20 kV板载栅极驱动电源和光纤隔离技术。

10kV固态变压器转换电路主要部件 来源：苏黎世联邦理工大学

但是固态变压器采用光纤隔离技术可能在可靠性、成本和高频CMTI等问题。

首先，根据调研，SST系统的高压侧CHB通常需要配置几十到上百路光纤通道，中压侧 DC/DC也需要几到十几路光纤。

光纤主要的问题是可靠性相对较低，光纤数量多，故障发生概率变高。而且弯折等问题也会导致光纤隔离通信的平均无故障时间约为2000小时。考虑SST系统需要使用数十个SiC模块，出现故障的可能性也会增大。

此外，相较于光耦、磁耦和容耦等栅极隔离驱动产品，光纤隔离通信的成本和尺寸也更高，不利于固态变压器的降本和进一步小型化。同时提高SiC MOSFET开关频率，相应的共模瞬态抗扰度（CMTI）也会增大，这对应SiC MOSFET的隔离要求也会变高。而光纤隔离通信的共模瞬态抗扰度（CMTI）通常较低，难以满足100kHz以上高频开关可靠性要求。

为解决固态变压器的隔离通信技术难点，德氪微推出新一代毫米波隔离通信技术，可替代传统光纤隔离通信方案，实现更高可靠性、高速率与高耐压的隔离通信效果。

德氪微毫米波隔离驱动技术示意图

据介绍，德氪微的毫米波隔离驱动技术具备50kV以上超高隔离耐压、超400kV/μs的高CMTI能力，通信延时低于3ns等优势，能精准匹配高压、高频SiC器件在SST系统中的成熟应用需求。而且德氪微的毫米波无线隔离芯片可直接连接串口通信信号、透传，无需编码，因此提供比光纤实现更高可靠性、更高速率、更高耐压的隔离通信方案。

此外，德氪微的毫米波隔离技术对于数百颗SiC器件并联也有好处。因为多芯片并联对SiC器件开关的同步性和控制通信延时要求增高，对应的隔离通信要求也会变高。而德氪微的毫米波无线隔离通信，可为数百颗SiC器件的隔离驱动和隔离通信提供高耐压、低延时和高可靠的隔离通信方案。

展望

随着头部科技企业明确技术路线、产业链上下游加速协同创新，固态变压器的规模化爆发已清晰可见。从数据中心，到新型电网、交通电气化的广阔场景，固态变压器凭借高效、紧凑、成本等优势，正在开启一个千亿级的新市场。

碳化硅器件的特性赋能，破解了固态变压器效率与体积的痛点，尽管碳化硅器件在可靠性、高压、高频等方面仍面临挑战，但通过协同创新，相信碳化硅在固态变压器的应用障碍将不断被扫清。

2025只是起点，2026才是元年——未来固态变压器正以前所未有的速度，为碳化硅开启全新发展之路。

来源：行家说三代半

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