工商業(yè)儲(chǔ)能變流器PCS SiC模塊深度分析：傾佳電子代理BMF系列模塊選型優(yōu)勢(shì)解析

隨著工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)向更高效率和更高功率密度發(fā)展，碳化硅（SiC）模塊正成為變流器（PCS）設(shè)計(jì)的首選。傾佳電子代理的BMF008MR12E2G3和BMF240R12E2G3兩款SiC半橋模塊，憑借其卓越的電氣特性、創(chuàng)新芯片技術(shù)和高可靠性封裝，在三相四線制PCS應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

一、 SiC技術(shù)在工商業(yè)PCS中的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)的絕緣柵雙極晶體管（IGBT），SiC MOSFET器件具備耐高壓、耐高溫、體積小和響應(yīng)速度快等特性 。在125kW級(jí)別的工商業(yè)PCS中采用SiC技術(shù)，能夠帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的系統(tǒng)升級(jí)：

效率與功率密度飛躍： 在額定功率工況下，平均效率可提升 1%+，模塊功率密度整體提升 25%+ 。

成本與投資回報(bào)優(yōu)化： 搭載 SiC PCS 的儲(chǔ)能一體柜可從主流的 100kW/200kWh 升級(jí)到 125kW/250kWh。在 1MW/2MWh 儲(chǔ)能系統(tǒng)中，這能使系統(tǒng)初始成本降低 5%，并將投資回報(bào)周期縮短 2?4 個(gè)月 。

拓?fù)溥x擇： SiC MOSFET模塊支持半橋兩電平拓?fù)?，而傳統(tǒng)IGBT方案多采用T型三電平或混合器件拓?fù)?。

二、 BMF系列模塊的核心參數(shù)與設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

BMF008MR12E2G3 (1200V/160A) 和 BMF240R12E2G3 (1200V/240A) 均采用先進(jìn)的 Pcore?2 E2B 半橋封裝，針對(duì)高頻開關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化：

1. 核心電氣參數(shù)對(duì)比

2. 創(chuàng)新的芯片技術(shù)優(yōu)勢(shì)

該系列模塊集成了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，直接解決了 SiC 在高功率應(yīng)用中的痛點(diǎn)：

開通損耗（Eon?）的負(fù)溫度特性：

BMF240R12E2G3 的 Eon? 展現(xiàn)出負(fù)溫度特性，即在溫度升高時(shí)開通損耗反而降低。

在硬開關(guān)拓?fù)渲?，由?Eon? 占總開關(guān)損耗的 60%～80%，這一特性使得 PCS 在高溫重載工況下（例如 80°C 散熱器溫度）仍能保持出色的效率 。

內(nèi)嵌 SiC SBD（肖特基二極管）：

通過(guò)在 SiC MOSFET 單元中嵌入 SiC SBD，有效替代了性能較低的 SiC 體二極管進(jìn)行續(xù)流。

低 VSD? 與抗浪涌能力： 內(nèi)嵌 SBD 顯著降低了源-漏前向電壓 VSD? 至 1.35V (Typ.)，遠(yuǎn)低于普通 SiC 體二極管，從而極大地降低了導(dǎo)通損耗。這能幫助整機(jī)在電網(wǎng)電壓異常波動(dòng)時(shí)（如電網(wǎng)通過(guò)體二極管對(duì) PCS 進(jìn)行不控整流）抵抗浪涌電流，提高系統(tǒng)穿越能力。

長(zhǎng)期穩(wěn)定性： 內(nèi)嵌 SiC SBD 在 1000h 運(yùn)行后導(dǎo)通內(nèi)阻 Ron? 波動(dòng)小于 3%，而普通 SiC 體二極管的波動(dòng)可能高達(dá) 42%。

3. 機(jī)械可靠性與封裝材料

模塊采用先進(jìn)的 Si3?N4? 氮化硅陶瓷基板，而非傳統(tǒng)的 Al2?O3? 或 AlN：

優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度： Si3?N4? 具有高抗彎強(qiáng)度（700N/mm2），遠(yuǎn)高于 Al2?O3?（450N/mm2）和 AlN（350N/mm2）。

卓越的功率循環(huán)能力： Si3?N4? 在 1000 次溫度沖擊試驗(yàn)后仍保持良好接合強(qiáng)度，極大地提高了功率循環(huán)可靠性，確保了 PCS 在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性。

集成 NTC： 模塊內(nèi)部集成負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻 ，可實(shí)現(xiàn)精確的結(jié)溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

三、 125kW PCS 仿真性能驗(yàn)證

BMF240R12E2G3 模塊在三相四橋臂 PCS ( Vdc?=900V, Vac?=400V) 上的仿真數(shù)據(jù)，證實(shí)了其性能優(yōu)勢(shì)：

數(shù)據(jù)觀察： 在整流 100% 負(fù)載，載頻 32kHz 時(shí)，隨著散熱器溫度從 65°C 升高到 80°C，模塊的總損耗幾乎保持不變（199.9W 降至 196.7W），這是其開關(guān)損耗下降抵消了導(dǎo)通損耗上升的結(jié)果，體現(xiàn)了模塊固有的優(yōu)異特性 。

四、 完善的驅(qū)動(dòng)與輔助電源生態(tài)系統(tǒng)

為充分發(fā)揮 SiC 模塊的性能，傾佳電子代理商提供了完整的配套解決方案：

米勒鉗位驅(qū)動(dòng)芯片： SiC MOSFETs 相比 IGBT 更容易發(fā)生米勒現(xiàn)象（誤導(dǎo)通），因?yàn)?SiC 的開啟電壓 VGS(th)? 較低（1.8V～2.7V）且開關(guān)速度更快 (dv/dt 更高)。因此，PCS 必須采用具備主動(dòng)米勒鉗位（AMC）功能的隔離驅(qū)動(dòng)器。

BTD5350MCWR： 單通道隔離驅(qū)動(dòng)器，具有米勒鉗位功能，峰值輸出電流 10A，SOW-8 寬體封裝隔離電壓 5000Vrms? 。

BTD5452R： 智能隔離驅(qū)動(dòng)器，峰值灌電流 9A，集成 1A 有源米勒鉗位，并具備軟關(guān)斷（Soft Shutdown）和退飽和（DESAT）短路保護(hù)功能，隔離電壓高達(dá) 5700Vrms? 。當(dāng)

VGS? 低于 1.8V 時(shí)，鉗位功能啟動(dòng)，將柵極拉至負(fù)電源 VEE?，有效防止誤導(dǎo)通。

驅(qū)動(dòng)輔助電源： 采用 BTP1521F 正激 DC/DC 開關(guān)電源芯片（輸出功率 6W，最高頻率 1.3MHz） ，配合 TR-P15DS23-EE13 專用隔離變壓器（輸出 +18V/?4V 門極電壓，總功率 4W） ，為 SiC 門極驅(qū)動(dòng)提供穩(wěn)定、高帶寬的隔離電源。

輔助電源主控： 可選用 BTP284xDR 系列電流模式 PWM 控制器 ，實(shí)現(xiàn)反激輔助電源的控制，原邊開關(guān)管可選用

1700V/600mΩ 的 B2M600170H SiC MOSFET。

綜合來(lái)看，BMF008MR12E2G3 和 BMF240R12E2G3 模塊憑借其領(lǐng)先的功率器件性能、創(chuàng)新的芯片設(shè)計(jì)（Eon? 負(fù)溫度特性和內(nèi)嵌 SBD）以及高可靠性封裝（Si3?N4? 基板），輔以完整的驅(qū)動(dòng)生態(tài)，成為三相四線制工商業(yè)儲(chǔ)能 PCS 實(shí)現(xiàn)高效率、高密度、高可靠性設(shè)計(jì)的最佳選擇。


審核編輯 黃宇