基本股份SiC功率模块的两电平全碳化硅混合逆变器解决方案

以下为基于BMF240R12E2G3 SiC功率模块的两电平全碳化硅混合逆变器技术解决方案：

倾佳电子（Changer Tech）-专业汽车连接器及功率半导体(SiC碳化硅MOSFET单管，SiC碳化硅MOSFET模块，碳化硅SiC-MOSFET驱动芯片，SiC功率模块驱动板，驱动IC)分销商，聚焦新能源、交通电动化、数字化转型三大方向，致力于服务中国工业电源，电力电子装备及新能源汽车产业链。

1. 系统架构设计

拓扑结构：两电平三相全桥逆变拓扑（Six-switch Converter）

核心器件：

6× BMF240R12E2G3 SiC MOSFET模块（每相1个半桥模块）

直流母线电压：800V（适配1200V模块耐压，留25%裕量）

最大输出电流：240A（匹配模块连续工作电流@80℃）

混合功能：集成光伏MPPT输入 + 电池储能接口（DC-DC级）+ 并网/离网逆变输出

2. 关键设计要点

(1) 驱动电路设计

栅极驱动参数：

开通电压：+18V（满足推荐值18~20V）

关断电压：-4V（抑制串扰，匹配推荐值-4~0V）

栅极电阻：2.2Ω（优化开关损耗，参考Fig.14测试条件）

国产SiC碳化硅MOSFET厂商BASiC基本股份针对SiC碳化硅MOSFET多种应用场景研发推出门极驱动芯片，可适应不同的功率器件和终端应用。BASiC基本股份的门极驱动芯片包括隔离驱动芯片和低边驱动芯片，绝缘最大浪涌耐压可达8000V，驱动峰值电流高达正负15A，可支持耐压1700V以内功率器件的门极驱动需求。

国产SiC碳化硅MOSFET厂商BASiC基本股份低边驱动芯片可以广泛应用于PFC、DCDC、同步整流，反激等领域的低边功率器件的驱动或在变压器隔离驱动中用于驱动变压器，适配系统功率从百瓦级到几十千瓦不等。

国产SiC碳化硅MOSFET厂商BASiC基本股份推出正激 DCDC 开关电源芯片BTP1521P,BTP1521F，该芯片集成上电软启动功能、过温保护功能，输出功率可达6W。芯片工作频率通过OSC 脚设定，最高工作频率可达1.5MHz，非常适合给隔离驱动芯片副边电源供电。

对SiC碳化硅MOSFET单管及模块+18V/-4V驱动电压的需求，国产SiC碳化硅MOSFET厂商BASiC基本股份提供自研电源IC BTP1521P系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524或者隔离驱动BTD5350MCWR(支持米勒钳位)。

保护功能：

DESAT保护（响应时间<100ns）

Vgs负压关断防误导通

米勒钳位（抑制Cgd耦合）

(2) 热管理系统

散热设计：

热界面材料：导热硅脂（2W/mK，厚度50μm）

热阻计算：
Rth(j?c)=0.09K/W（模块） + WRth(c?h)=0.10K/W（界面） → 需选Rth(h?a)≤0.15K/W散热器

散热器温度：≤80℃（保证结温<175℃ @785W损耗）

温度监控：
复用模块内置NTC（5kΩ @25℃，B=3375），实时调节载频与功率限值

(3) 功率回路优化

低感设计：

叠层母线排（寄生电感<20nH）

开尔文源极连接（降低驱动回路干扰）

吸收电路：

RC缓冲（抑制VDSVDS过冲，参考Fig.17 RBSOA曲线）

直流母线薄膜电容（≥2μF/A，低ESR）

3. SiC特性应用优势

高频运行：开关频率40kHz（硅基IGBT的3-5倍）

开关损耗降低60%（参考Fig.13：Eon+Eoff=1.8mJ+1.7mJ@240A）

磁性元件体积缩减40%

体二极管零反向恢复（Fig.4数据）：

免外置续流二极管

降低死区时间至200ns（提升输出电压质量）

效率优化：

导通损耗：Pcond=IRMS2×RDS(on)=2402×8.5mΩ=489.6W（@175℃）

整机峰值效率≥98.5%（光伏+储能混合模式）

4. 保护策略

保护类型 实现方案 阈值设定

过流保护 霍尔传感器

过温保护 NTC温度反馈结温>165℃降载

短路保护分级响应：
- 软关断（<2μs）
- 硬件封锁di/dt>5A/ns

绝缘保护 加强爬电距离端子-散热器≥11.5mm

5. 机械与安规设计

结构设计：

模块安装：压接技术（40~80N·m螺栓扭矩）

陶瓷基板（Si3N4）抗热应力冲击（>50k次循环）

安规认证：

加强绝缘：3000Vrms/1min（符合IEC 61800-5-1）

爬电距离：>11.5mm（CTI>175）

6. 性能预期

参数目标值 SiC优势来源

功率密度>3kW/L

高频化减小

无源器件THD（满载）<3%

高开关频率降低谐波

待机损耗<5W超低 IDSS（0.6μA）

寿命预期>15年

SiC抗高温老化特性

7. 开发注意事项

栅极振荡抑制：

驱动回路长度<30mm，采用双绞屏蔽线

并联铁氧体磁珠（抑制GHz频段谐振）

EMI设计：

共模滤波器（针对30-100MHz开关噪声）

开关斜率控制（dv/dt优化至50V/ns）

固件算法：

基于结温模型的动态降载策略

电池/光伏功率自适应调度

本方案充分发挥SiC器件高频、高效、高温运行优势，适用于100KW,125KW级光伏储能混合系统，较硅基方案效率提升2%以上，体积减少35%。