过去二十年间，宽禁带(WBG)半导体，特别是碳化硅(SIC)和氮化镓(GaN)的飞速发展，为传统变压器的固态版本带来了坚实的希望。通过提供更高的击穿电压能力、更快的开关速度、更高的工作温度以及高密度和高可靠性，宽禁带器件推动了固态变压器(SST)在电网现代化、可再生能源整合和交通电气化等新兴领域的应用。同时，对电网基础设施、太阳能和风能资源以及人工智能数据中心的投资不断增加，为紧凑、智能、数字控制的固态变压器创造了巨大的机遇。

由于固态变压器已开始从研发阶段转向早期商业部署，市场分析师对未来几年固态变压器的广泛部署持乐观态度。因此，市场分析公司 MarketsandMarkets 预测，固态变压器市场将从 2030 年的 2.8 亿美元增长到 2035 年的 15.2 亿美元，复合年增长率(CAGR)高达 40.1%。

相应地，多家宽禁带供应商已与设备制造商合作，以满足智能电网、人工智能数据中心、电动汽车(EV)充电器和储能等不断扩大的市场对可靠固态解决方案的严格要求。与此同时，电力技术行业也涌现出许多初创公司，以满足新兴应用的严苛需求。

设计现实世界的固态变压器以满足特定需求

除了像日立能源、ABB、西门子、Vernova、伊顿、GE Aerospace、施耐德电气、三菱、台达电子以及太阳能微型逆变器制造商 Enphase Energy System 这样的老牌电力系统和电气化公司外，多家初创公司正与英飞凌科技、纳微半导体、Wolfspeed、意法半导体、罗姆半导体和宜普电源转换公司(EPC)等宽禁带供应商紧密合作，为现实应用实现实用的固态变压器。

加入固态变压器研发浪潮的初创公司包括 Heron Power Electronics Company、DG Matrix、SolarEdge Technologies、Amperesand 和 Hyperscale Power。这份名单还在随时间不断增长。总部位于加州斯科茨谷的 Heron Power 已准备好一款名为 Heron Link 的模块化中压(MV)固态变压器，它采用了高压(HV)碳化硅 mosfet。

据《电力电子新闻》2026 年初报道 [1]，Heron Link 能够将 34.5 kV 交流电转换为 800 V 直流电，并能与 NVIDIA 的 800V N+1 参考设计无缝兼容(图 1)。此外，它还集成了名为超级电池备份单元(BBU)的储能和电源稳定解决方案，可吸收计算带来的功率纹波。其他相关规格包括：能量转换效率高达 98.5% 以上、30 秒的电压暂降支持、体积缩小 70%、每个 Link 功率密度达 4.2 MW，以及在 45°C 以下无需降额运行。

图1

Heron Power 专注于超大规模人工智能数据中心、储能和太阳能发电场，包括电动汽车充电枢纽和微电网设施，计划于 2027 年初开始其 5 MW 的 Heron Link 固态变压器的试点生产，并于 2027 年下半年全面投产，产能达 40 GW。虽然该公司正在利用碳化硅技术的优势，但并未透露宽禁带供应商的名称。不过，基于其创始人在特斯拉的背景，预计该公司将与 Wolfspeed、英飞凌和安森美等以供应大批量车规级碳化硅 MOSFET 分立器件和模块而闻名的供应商合作。

事实上，Wolfspeed 的一份公司白皮书 [2] 指出，中压和高压碳化硅是加速固态变压器发展的关键，能提供更高的开关频率、更好的热性能和紧凑的外形。由于 Wolfspeed 一直与领先的固态变压器开发商合作，它已经扩展了其中压和高压碳化硅裸片和模块选项。根据该白皮书，多种碳化硅方案现已可集成到设计中。对于偏好基于中压的固态变压器设计者，WolfPACK 功率模块提供半桥、六合一、全桥和 T 型拓扑结构，电压等级高达 3.3 kV，并可选配预涂导热界面材料(图 2)。

图2

对于高压(>5 kV 阻断电压)，Wolfspeed 推荐使用 10 kV 碳化硅功率 MOSFET，其转换效率可达 99% 以上，与基于传统高压硅 IGBT 的设计相比，热冷却系统可减少约 50%。作者提醒固态变压器设计者注意安全性、高压栅极驱动器、中频磁性元件以及与高压碳化硅器件兼容的绝缘系统，这些目前尚未普及。这意味着，根据白皮书，设计者必须定制此类组件或找到合适的合作伙伴。

与 Heron Power 不同，DG Matrix 已经公开了其宽禁带半导体合作伙伴英飞凌科技，其最新的高压碳化硅器件正被用于该公司名为 Interport 的多端口固态变压器。DG Matrix 的首席技术官兼联合创始人 Subhashish Bhattacharya 博士表示："我们与英飞凌的合作是为了确保优化我们固态变压器系统的性能。"他补充道："DG Matrix 是唯一一家商业化的固态变压器公司，也是唯一拥有多端口拓扑结构的固态变压器，可以同时集成多个交流/直流源和负载。它原生支持表后(BTM)能源集成，内置 UPS 功能，并为未来的混合交直流数据中心架构做好了准备，有效地将多层基础设施整合到一个平台中。"

Interport 的验证与生产

关于 Interport 的验证与生产，Bhattacharya 表示，公司已经在积极生产中，计划到 2027 年第二季度实现 10 GW 的产能上线。Bhattacharya 断言："我们通过与大规模部署的一级合作伙伴(包括 PowerSecure、ABB 和三菱重工)进行真实环境和实验室测试，验证了性能，并且与 NVIDIA、超大规模数据中心运营商和领先的数据中心开发商开展了合作。"

其他几家代表现代能源和基础设施领域不同方面的公司，如 Exowatt、Ampace 和 Satterfield & Pontikes Construction，正在进行 Interport 平台的部署和验证。例如，可再生能源公司 Exowatt 最近宣布，已选择 DG Matrix 的 Interport 固态变压器用于其 P3 和 ExoRise 平台，以管理其面向 AI 数据中心的模块化解决方案中的交直流电源路由。

在一份新闻稿中，Exowatt 首席执行官 Hannan Happi 表示："通过将他们的固态变压器技术集成到我们的 ExoRise 平台，我们正在消除传统的互连瓶颈，加速为下一代数据中心基础设施提供稳定、可调度的电力。"

同样，电池储能系统(BESS)公司 Ampace 的总裁 Brad Li 表示，Ampace 选择 DG Matrix 是因为其多端口固态变压器平台是目前最先进、经过商业验证的架构。Li 补充道："我们正在共同定义一种全新的、通过 UL 认证的、与电网互动的电池储能系统，旨在满足人工智能数据中心的实际需求。"DG Matrix 首席执行官 Haroon Inam 表示："通过将他们的电池平台与我们的固态变压器架构相结合，我们使运营商能够过渡到支持下一代人工智能工厂的、与电网互动的、直流原生电力系统。"

今年五月，Satterfield & Pontikes Construction (S&P) 透露计划在其德克萨斯州数据中心项目中部署 Interport。合作伙伴旨在加速在德克萨斯州建设优化的人工智能数据中心。目前尚无具体细节。

最初，模块化、液冷、多端口电力系统 Interport 旨在提供 200-400 kW 的容量，并可通过 4 到 6 个端口扩展到兆瓦级，实现 96-98% 的效率，体积比传统变压器小 15 倍，并提供 800V 直流输出。此外，该公司还提供可扩展的模块化解决方案 Interport 360，它集成了 Interport Flex 系列中的单元，每个单元额定功率为 400 kVA。这些单元可以并联并完全集成在撬装/集装箱化系统架构中，以提供高达 10 MVA 的总装机容量。目前，有八个这样的单元并联并完全集成在一个集装箱化系统中，提供 3.2 MVA 的容量。该固态变压器采用六端口配置设计，包括三个交流端口和三个直流端口，可在交流和直流应用中实现灵活高效的电力分配(图 3)。

图3

更多固态变压器开发商采用碳化硅技术

德国智能能源解决方案提供商 SolarEdge Technologies 也在利用英飞凌碳化硅器件的优势，为人工智能和超大规模数据中心开发高效固态变压器。该固态变压器目标是将中压(13.8 kV-34.5 kV)转换为 800-1500 V 直流电，效率超过 99%，有望显著减轻重量、减小尺寸并降低二氧化碳排放。根据该公司白皮书，计划是建造 2-5 MW 的模块化固态变压器，并在 2027 年前交付给客户进行测试和评估。

另一家在固态变压器领域备受关注的宽禁带半导体供应商是纳微半导体。在最近的 IEEE 2026 年应用电力电子会议暨展览会(APEC)上，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的电力电子实验室(PEL)展示了一款 250 kW 的固态变压器，采用了纳微半导体的 GeneSiC 超高压(UHV)3.3 kV 和高压 1200 V 碳化硅沟槽辅助平面 MOSFET 和模块。

EPFL 的 PEL 主任 Drazen Dujic 教授表示："我们确实正在开发一种新颖的单级固态变压器概念，并计划将其部署在 EPFL 的数据中心，作为我们内部示范项目的一部分。" 这项工作是 EPFL 的 HeatingBits 项目的一部分，目标是开发一个 250 kW 的固态变压器，将电网输入的 3.3 kV 交流电转换为 800 V 直流电，为数据中心的一部分供电，然后进一步将 800 V 直流电降压至 12 V 直流电，为服务器机架供电(图 4)。Dujic 教授补充道："今年，我们期望最终完成固态变压器原型并在实验室中进行验证，然后在 2027 年将其安装到 EPFL 的数据中心。"

图4

据 Dujic 教授介绍，计划是在固态变压器成功部署到数据中心后探索商业机会，然后着手创建一家初创公司。对此，Dujic 教授表示："我们正在探索当地的融资生态系统，并与风险投资家洽谈。"

采用氮化镓BDS技术的中压固态变压器

虽然大多数固态变压器开发商都押注于碳化硅技术，但一家智能家居能源解决方案提供商为其固态变压器选择了氮化镓(GaN)路线。总部位于加州弗里蒙特的 Enphase Energy System 发布了一个分布式固态变压器平台，该平台使用单片集成的氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)双向开关(BDS)[3]。与传统的背对背开关实现方式不同，单片集成的氮化镓 BDS 使用单个器件结构来阻断任一方向的电压。因此，它减少了半导体芯片面积、栅极电荷、元件数量和成本。

尽管最初的原型采用了英飞凌的 CoolGaN BDS，但 Enphase 的联合创始人兼首席产品官(CPO)Raghu Belur 表示，公司对其氮化镓器件采取了多供应商策略。专为人工智能数据中心设计的 IQ SST 是一种分布式固态变压器，可将中压交流电(13.8 kV 至 34.5 kV)转换为机架用的 800 V(±400 V)直流电，同时支持 NVIDIA 800 V 直流标准和开放计算项目(OCP)±400 V 直流标准。在这种方案中，每个 1.25 MW 的固态变压器机架结合了 342 个 4 kW 的氮化镓功率模块，这些模块以协调的串联/并联三角形配置运行。由于内置冗余，故障率很低。目前，原型中使用的是 650 V 氮化镓，但计划很快采用 900 V 器件。

除了氮化镓 BDS，每个功率模块还实现了公司基于 22-nm CMOS 工艺节点的第五代 Kestrel ASIC 控制芯片。Belur 解释说，该功率模块采用双有源桥(DAB)、串联谐振单级转换器拓扑结构，具有软开关换向功能，并利用 250-300 kHz 的开关频率来减小无源元件尺寸、降低成本并保持单元紧凑。由于软开关实现了零电压和零电流开关，结果实现了高效率转换和低电磁干扰。据制造商称，IQ SST 的峰值效率额定为 98.5%。

在三角形配置中使用 342 个功率模块有助于每个模块仅承受交流电网侧中压的一小部分，从而最大限度地减少局部放电问题。此外，高频变压器经过巧妙设计、模塑并嵌入模块中，完全无局部放电。其他特性包括亚毫秒级响应时间和 10 年有限保修。

该公司的路线图显示，预计在 2026 年底进行完整系统演示，2027 年进行客户试点，2028 年实现批量出货。