BASiC基本半導(dǎo)體(BASiC Semiconductor)SiC模塊BMF240R12E2G3并聯(lián)ANPC拓?fù)湓?25kW儲能變流器PCS中的損耗分析及方案優(yōu)勢

1. 損耗分析

1.1 導(dǎo)通損耗

計算公式：

Pcond?=Irms2??RDS(on)??N?D

母線電壓 Vdc?=800V，輸出功率 P=225kW，直流電流 Idc?=281.25A。

有效值電流 Irms?=199A（占空比 D=0.5）。

RDS(on)?=10mΩ（150°C時校正值）。

并聯(lián)模塊數(shù) N=2。

結(jié)果：

Pcond?=1992?0.010?2?0.5=396W

1.2 開關(guān)損耗

計算公式：

Psw?=(Eon?+Eoff?)?fsw??N

數(shù)據(jù)手冊中 Eon?=40mJ，Eoff?=35mJ（插值自圖13，199A工況）。

開關(guān)頻率 sw?=20kHz。

結(jié)果：

Psw?=(0.040+0.035)?20,000?2=3,000W

1.3 體二極管損耗

反向恢復(fù)損耗：SiC體二極管零反向恢復(fù)，可忽略。

正向?qū)〒p耗：

Pdiode?=VSD??Iavg??Ddead??N

VSD?=1.25V，死區(qū)時間占比 Ddead?=2%。

結(jié)果：

Pdiode?=1.25?199?0.02?2≈10W

1.4 總損耗與效率

Ptotal?=396W+3,000W+10W=3,406W

效率：

η=225,000+3,406225,000?≈98.5%

2. 方案優(yōu)勢分析

2.1 高頻性能與效率

20kHz開關(guān)頻率下，SiC MOSFET的快速開關(guān)特性（?nston?≈25ns，?nstoff?≈17ns）顯著降低開關(guān)損耗，相比硅基IGBT效率提升3%-5%。

2.2 高溫穩(wěn)定性

最高結(jié)溫 Tvj?=175°C，允許在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，減少散熱系統(tǒng)復(fù)雜度。

2.3 體積與重量優(yōu)化

高頻運(yùn)行減少濾波電感和電容的體積（可降低30%-50%），適合緊湊型儲能變流器設(shè)計。

2.4 并聯(lián)均流能力

低導(dǎo)通電阻偏差（模塊一致性高）和低寄生電感設(shè)計（集成Press-FIT技術(shù)），確保并聯(lián)模塊均流，提升系統(tǒng)可靠性。

2.5 低反向恢復(fù)損耗

內(nèi)置SiC肖特基二極管零反向恢復(fù)特性，消除傳統(tǒng)硅二極管的反向恢復(fù)損耗，提升系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)。

3. 潛在挑戰(zhàn)與改進(jìn)建議

熱管理優(yōu)化：模塊熱阻 Rth(j-c)?=0.09K/W，需采用液冷散熱或高性能風(fēng)冷。

驅(qū)動電路設(shè)計：確保驅(qū)動電壓 VGS?=+18/?4V 的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

BASiC基本股份針對SiC碳化硅MOSFET多種應(yīng)用場景研發(fā)推出門極驅(qū)動芯片，可適應(yīng)不同的功率器件和終端應(yīng)用。BASiC基本股份的門極驅(qū)動芯片包括隔離驅(qū)動芯片和低邊驅(qū)動芯片，絕緣最大浪涌耐壓可達(dá)8000V，驅(qū)動峰值電流高達(dá)正負(fù)15A，可支持耐壓1700V以內(nèi)功率器件的門極驅(qū)動需求。

BASiC基本股份低邊驅(qū)動芯片可以廣泛應(yīng)用于PFC、DCDC、同步整流，反激等領(lǐng)域的低邊功率器件的驅(qū)動或在變壓器隔離驅(qū)動中用于驅(qū)動變壓器，適配系統(tǒng)功率從百瓦級到幾十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 開關(guān)電源芯片BTP1521xx，該芯片集成上電軟啟動功能、過溫保護(hù)功能，輸出功率可達(dá)6W。芯片工作頻率通過OSC 腳設(shè)定，最高工作頻率可達(dá)1.5MHz，非常適合給隔離驅(qū)動芯片副邊電源供電。

對SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅(qū)動電壓的需求，BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅(qū)動IC BTL27524或者隔離驅(qū)動BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。

動態(tài)均流驗證：通過實驗驗證并聯(lián)模塊的均流效果，優(yōu)化布局對稱性。

結(jié)論

采用雙并聯(lián)BASiC基本半導(dǎo)體(BASiC Semiconductor) BMF240R12E2G3的ANPC拓?fù)?，?0kHz開關(guān)頻率下可實現(xiàn)約98.5%的系統(tǒng)效率，結(jié)合高頻、高溫穩(wěn)定性和緊湊設(shè)計，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)硅基IGBT方案。該方案適用于高功率密度儲能變流器PCS，需重點關(guān)注散熱與驅(qū)動設(shè)計以最大化SiC器件性能。

BASiC基本股份自2017年開始布局車規(guī)級SiC碳化硅器件研發(fā)和制造，逐步建立起規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量管理體系，將質(zhì)量管理貫穿至設(shè)計、開發(fā)到客戶服務(wù)的各業(yè)務(wù)過程中，保障產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量。BASiC基本股份分別在深圳、無錫投產(chǎn)車規(guī)級SiC碳化硅（深圳基本半導(dǎo)體）芯片產(chǎn)線和汽車級SiC碳化硅功率模塊（無錫基本半導(dǎo)體）專用產(chǎn)線；BASiC基本股份自主研發(fā)的汽車級SiC碳化硅功率模塊已收獲了近20家整車廠和Tier1電控客戶的30多個車型定點，是國內(nèi)第一批SiC碳化硅模塊（比如BASiC基本股份）量產(chǎn)上車的頭部企業(yè)。

審核編輯 黃宇