傾佳電子混合逆變器Hybrid Inverter拓撲架構(gòu)演進及基于非對稱碳化硅器件的T型三電平技術(shù)應(yīng)用價值分析
傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?
傾佳電子楊茜致力于推動國產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:
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傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢!
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1. 先進混合逆變器的戰(zhàn)略需求
1.1. 現(xiàn)代混合逆變器的定義與功能
隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型,分布式能源系統(tǒng),特別是光伏(PV)與儲能系統(tǒng)(ESS)的融合,已成為電力電子領(lǐng)域的核心發(fā)展方向。在此背景下,混合逆變器(Hybrid Inverter)應(yīng)運而生,其定義已超越傳統(tǒng)的直流-交流(DC-AC)轉(zhuǎn)換器,演變?yōu)橐粋€集成的、智能化的能源管理中樞 。
混合逆變器的核心功能是整合了傳統(tǒng)太陽能逆變器與電池儲能逆變器的功能于一體 。它能夠智能地調(diào)度與管理來自多個能源端口的功率流,包括光伏陣列、儲能電池組、公共電網(wǎng)以及家庭或商業(yè)負載 。其關(guān)鍵技術(shù)特征在于其雙向功率變換能力:它不僅能將光伏產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供負載使用或并入電網(wǎng),還能將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電為電池充電,并在需要時將電池中存儲的直流電再次逆變?yōu)榻涣麟姽┴撦d使用 。
這種高度集成化的設(shè)計賦予了混合逆變器多種可編程的工作模式,以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景與用戶需求 :
并網(wǎng)模式 (Grid-Tied Mode): 功能類似于傳統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器,將光伏發(fā)電優(yōu)先供給本地負載,余電上網(wǎng) 。
混合模式 (Hybrid Mode): 優(yōu)先使用光伏發(fā)電,余電為電池充電,當(dāng)光伏不足時由電池補電,從而最大化自發(fā)自用率,降低電費支出 。
備用電源/離網(wǎng)模式 (Backup/Off-Grid Mode): 在電網(wǎng)故障時,逆變器能自動切斷與電網(wǎng)的連接,利用電池和光伏的電力為關(guān)鍵負載提供不間斷供電(UPS),顯著提升能源安全性和獨立性 。
削峰填谷 (Peak Shaving): 在電價較低時段利用電網(wǎng)為電池充電,在電價高峰時段由電池放電供給負載,實現(xiàn)電能的時移套利 。
1.2. 技術(shù)發(fā)展趨勢與市場驅(qū)動力
混合逆變器市場的快速發(fā)展主要由兩大技術(shù)趨勢驅(qū)動:儲能系統(tǒng)的普及和寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用。
首先,隨著鋰電池成本的下降和對能源獨立性需求的增加,住宅及工商業(yè)儲能系統(tǒng)(ESS)的部署日益廣泛,這直接催生了對能夠無縫集成光伏與儲能的混合逆變器的強勁需求。
其次,功率半導(dǎo)體技術(shù)的革新,特別是從傳統(tǒng)的硅基(Si)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)向以碳化硅(SiC)代表的寬禁帶半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型,正在深刻地重塑電力電子行業(yè) 。SiC器件憑借其優(yōu)異的材料特性——如更高的擊穿場強、更寬的禁帶寬度和更高的熱導(dǎo)率——展現(xiàn)出遠超硅基器件的性能。它們具備極低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,使得逆變器系統(tǒng)能夠在更高的開關(guān)頻率下運行 。更高的開關(guān)頻率意味著可以采用尺寸更小、重量更輕的電感、電容等無源元件,從而顯著提升逆變器的功率密度、降低系統(tǒng)成本和體積,這正是市場對現(xiàn)代逆變器的核心訴求 。這一技術(shù)趨勢在全球頂級的電力電子會議,如APEC(應(yīng)用電力電子會議)和ECCE(能源轉(zhuǎn)換大會)上已成為焦點議題 。
與此同時,為了進一步提升電能質(zhì)量、減小并網(wǎng)電流諧波和降低濾波器尺寸,逆變器拓撲結(jié)構(gòu)正從傳統(tǒng)的兩電平向更先進的多電平拓撲演進,其中三電平拓撲,特別是T型(T-NPC)和中點鉗位型(NPC),因其在效率和性能上的平衡而備受關(guān)注 。混合逆變器的發(fā)展不再僅僅是功能的疊加,而是通過先進拓撲與前沿半導(dǎo)體技術(shù)的深度融合,實現(xiàn)系統(tǒng)性能的躍升。
2. 三電平逆變器拓撲的比較分析
2.1. 從兩電平到多電平的演進
傳統(tǒng)的兩電平逆變器結(jié)構(gòu)簡單,但其輸出電壓波形為方波,含有大量的諧波分量,導(dǎo)致總諧波失真(THD)較高。此外,其開關(guān)管在每次開關(guān)時承受完整的直流母線電壓,產(chǎn)生較高的電壓變化率($dv/dt$),這不僅會產(chǎn)生嚴重的電磁干擾(EMI),還需要體積龐大的輸出濾波器來滿足并網(wǎng)要求 。為了克服這些缺點,多電平拓撲應(yīng)運而生。通過合成多個電壓階梯,多電平逆變器能夠輸出更接近正弦波的電壓波形,從而顯著降低THD和$dv/dt$,減小濾波器尺寸,并降低開關(guān)損耗 。
2.2. T型三電平拓撲結(jié)構(gòu)(T-NPC)
T型三電平逆變器是近年來備受關(guān)注的一種拓撲結(jié)構(gòu)。其單相橋臂由四個功率開關(guān)器件(如MOSFET)構(gòu)成。其中,外側(cè)的兩個開關(guān)(S1, S4)串聯(lián)連接在直流母線正負極之間,而內(nèi)側(cè)的兩個開關(guān)(S2, S3)背靠背串聯(lián),形成一個雙向開關(guān),連接橋臂中點與直流母線的中性點 。通過對這四個開關(guān)的協(xié)同控制,每個橋臂可以輸出三個電壓電平:$+V_{dc}/2$、0和$-V_{dc}/2$ 。
T型拓撲相較于傳統(tǒng)的中點鉗位型(NPC)拓撲,其主要優(yōu)勢在于導(dǎo)通損耗更低。在輸出零電平時,電流僅流經(jīng)一個內(nèi)側(cè)的功率開關(guān),而在NPC拓撲中則需要流經(jīng)一個開關(guān)和一個鉗位二極管 。此外,T型拓撲無需鉗位二極管,減少了元件數(shù)量,有助于提升功率密度和降低成本 。
2.3. T型與傳統(tǒng)NPC拓撲的性能對比
為了深入理解T型拓撲的特性,以下將其與成熟的NPC拓撲進行多維度對比:
性能指標(biāo) | T型逆變器 (T-NPC) | 中點鉗位型逆變器 (NPC) |
---|---|---|
整體效率 | 更高,尤其在部分負載下,因?qū)〒p耗較低 。 | 略低,因存在二極管導(dǎo)通損耗。但在極高開關(guān)頻率下,其開關(guān)損耗優(yōu)勢可能顯現(xiàn) 。 |
功率密度 | 更高,因效率更高,散熱需求更小 。 | 較低,需要更強的散熱管理 。 |
元件數(shù)量 | 無需鉗位二極管,元件數(shù)量較少 。 | 需要額外的鉗位二極管,元件總數(shù)更多 。 |
開關(guān)管電壓應(yīng)力 | 外側(cè)開關(guān)承受全直流母線電壓 ($V_{dc}$),內(nèi)側(cè)開關(guān)承受半母線電壓 ($V_{dc}/2$) 。 | 所有主開關(guān)和鉗位二極管均承受半母線電壓 ($V_{dc}/2$) 。 |
技術(shù)成熟度 | 較新,正被迅速采納 。 | 非常成熟,經(jīng)過長期現(xiàn)場驗證 。 |
對比分析揭示了一個關(guān)鍵的技術(shù)權(quán)衡:T型拓撲以更低的導(dǎo)通損耗和更少的元件數(shù)量為優(yōu)勢,但其代價是外側(cè)開關(guān)需要承受全母線電壓。這一特性在使用傳統(tǒng)硅基IGBT時構(gòu)成了顯著的挑戰(zhàn),因為高壓IGBT的開關(guān)性能較差,開關(guān)損耗巨大,這在很大程度上抵消了T型拓撲的導(dǎo)通損耗優(yōu)勢,尤其是在追求高開關(guān)頻率的應(yīng)用中 。然而,寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn),特別是高性能高壓SiC MOSFET的商業(yè)化,為T型拓撲帶來了全新的發(fā)展機遇。1200V等級的SiC MOSFET相較于同電壓等級的Si-IGBT,其開關(guān)損耗降低了一個數(shù)量級,使得T型拓撲外側(cè)開關(guān)的高電壓應(yīng)力問題不再是效率的瓶頸。這使得設(shè)計者能夠充分利用T型拓撲固有的低導(dǎo)通損耗優(yōu)勢,從而在寬泛的工作頻率和負載范圍內(nèi)實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。
3. 采用非對稱SiC MOSFET配置優(yōu)化T型拓撲
3.1. 非對稱設(shè)計的理論依據(jù)
對T型三電平拓撲內(nèi)部工作狀態(tài)的深入分析表明,不同位置的開關(guān)管承受的電氣應(yīng)力和其在系統(tǒng)總損耗中的貢獻是不同的,這為非對稱器件配置提供了理論基礎(chǔ)。
電壓應(yīng)力分析: 如前所述,外側(cè)開關(guān)(S1, S4)在關(guān)斷狀態(tài)下需要阻斷整個直流母線電壓(例如800V系統(tǒng)中的800V),而連接中性點的內(nèi)側(cè)開關(guān)(S2, S3)僅需阻斷一半的母線電壓(800V系統(tǒng)中的400V)。
損耗分布分析: 外側(cè)開關(guān)以較高的開關(guān)頻率(例如50-100 kHz)進行斬波,但其導(dǎo)通占空比較小,因此其損耗主要由開關(guān)損耗構(gòu)成。相反,內(nèi)側(cè)開關(guān)雖然也參與換流,但其主要作用是在每個工頻周期(50/60 Hz)的正負半周內(nèi)長時間導(dǎo)通以形成零電平,因此其損耗主要由導(dǎo)通損耗決定 。
基于上述分析,一種高效的優(yōu)化策略浮出水面:針對不同位置的損耗特性,選用不同規(guī)格的功率器件。具體而言,外側(cè)開關(guān)應(yīng)選用耐壓高、開關(guān)速度快、開關(guān)損耗低的器件;而內(nèi)側(cè)開關(guān)則應(yīng)選用耐壓滿足要求(大于$V_{dc}/2$)且導(dǎo)通電阻($R_{DS(on)}$)極低的器件 。
3.2. 非對稱方案的優(yōu)勢
采用這種非對稱或稱為“混合電壓”的SiC MOSFET配置,可以帶來顯著的系統(tǒng)級優(yōu)勢:
性能最大化: 通過為每個開關(guān)位置匹配最優(yōu)性能的器件,該方案能夠同時將開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗降至最低。外側(cè)高壓SiC MOSFET的低開關(guān)損耗確保了系統(tǒng)在高頻工作下的高效率,而內(nèi)側(cè)低壓SiC MOSFET的超低導(dǎo)通電阻則最大程度地降低了系統(tǒng)的導(dǎo)通損耗。
成本優(yōu)化: 在SiC MOSFET技術(shù)中,器件的導(dǎo)通電阻與其額定電壓和芯片面積密切相關(guān)。在相同技術(shù)代別下,低電壓等級的SiC MOSFET通常比高電壓等級的器件擁有更低的單位面積導(dǎo)通電阻,且成本更低。因此,在滿足電壓裕量的前提下,為內(nèi)側(cè)開關(guān)選用成本更低的低壓、低$R_{DS(on)}$器件,相較于全部使用昂貴的高壓器件,能夠有效降低系統(tǒng)總物料清單(BOM)成本。
這種設(shè)計理念體現(xiàn)了拓撲結(jié)構(gòu)與器件特性的深度協(xié)同優(yōu)化。T型拓撲本身為不同位置的器件創(chuàng)造了不同的工作條件,而SiC半導(dǎo)體技術(shù)恰好能夠提供針對這些特定條件而優(yōu)化的器件。這種“因材施教”的設(shè)計方法,將拓撲的潛力與器件的優(yōu)勢完美結(jié)合,實現(xiàn)了系統(tǒng)整體性能和成本效益的平衡,是比簡單地用一種SiC器件替換所有Si器件更進一步的精細化設(shè)計。
4. 基本半導(dǎo)體G3 SiC MOSFET器件特性表征
本節(jié)將對用戶指定的兩款基本半導(dǎo)體(BASIC Semiconductor)第三代(G3)SiC MOSFET進行詳細的電氣特性分析,以評估其在非對稱T型拓撲中的應(yīng)用價值。
4.1. 高壓外側(cè)開關(guān)選擇:B3M013C120Z (1200V)
B3M013C120Z是一款額定電壓為1200V的SiC MOSFET,其高耐壓特性使其成為800V~1000V直流母線系統(tǒng)中T型拓撲外側(cè)開關(guān)的理想選擇 。
靜態(tài)特性: 在$25^{circ}C$時,其典型導(dǎo)通電阻$R_{DS(on)}$為$13.5~mOmega$(測試條件:$V_{GS}=18V, I_{D}=60A$)。在高溫$175^{circ}C$時,該值上升至$23~mOmega$,表現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性。其最大連續(xù)漏極電流在$T_{C}=25^{circ}C$時可達180A,具備強大的電流處理能力 。
動態(tài)特性: 作為承擔(dān)高頻開關(guān)任務(wù)的外側(cè)開關(guān),其動態(tài)性能至關(guān)重要。其總柵極電荷$Q_{G}$典型值為225 nC。在800V母線電壓、60A電流的感性負載測試條件下(使用體二極管續(xù)流),$25^{circ}C$時的典型開通損耗$E_{on}$為$1200~mu J$,關(guān)斷損耗$E_{off}$為$530~mu J$。這些參數(shù)是評估高頻下開關(guān)損耗的關(guān)鍵依據(jù) 。
4.2. 中性點內(nèi)側(cè)開關(guān)選擇:B3M010C075Z (750V)
B3M010C075Z是一款額定電壓為750V的SiC MOSFET。對于800V母線系統(tǒng),內(nèi)側(cè)開關(guān)僅需承受400V電壓,750V的額定電壓提供了充足的安全裕量 。
靜態(tài)特性: 該器件最突出的特點是其極低的導(dǎo)通電阻。在$25^{circ}C$時,其典型$R_{DS(on)}$僅為$10~mOmega$(測試條件:$V_{GS}=18V, I_{D}=80A$),在$175^{circ}C$時也僅上升至$12.5~mOmega$。超低的$R_{DS(on)}$及其優(yōu)異的溫度系數(shù),使其成為最小化導(dǎo)通損耗的絕佳選擇 。
動態(tài)特性: 其總柵極電荷$Q_{G}$典型值為220 nC。在500V母線電壓、80A電流的測試條件下,$25^{circ}C$時的典型開通損耗$E_{on}$為$910~mu J$,關(guān)斷損耗$E_{off}$為$625~mu J$(包含體二極管反向恢復(fù))30。盡管其主要貢獻是導(dǎo)通損耗,但良好的開關(guān)性能同樣有助于降低換流過程中的損耗。
表4.1 B3M013C120Z與B3M010C075Z關(guān)鍵參數(shù)對比及應(yīng)用定位
參數(shù) | B3M013C120Z | B3M010C075Z | 在非對稱T型拓撲中的定位 | 定位優(yōu)勢 |
---|---|---|---|---|
最大漏源電壓 ($V_{DSmax}$) | 1200 V | 750 V | 外側(cè)開關(guān) (S1, S4) | 滿足阻斷全母線電壓的要求。 |
典型 $R_{DS(on)}$ @ $25^{circ}C$ | $13.5~mOmega$ | $10~mOmega$ | 內(nèi)側(cè)開關(guān) (S2, S3) | 極低的導(dǎo)通電阻,最大程度降低導(dǎo)通損耗。 |
典型 $R_{DS(on)}$ @ $175^{circ}C$ | $23~mOmega$ | $12.5~mOmega$ | 內(nèi)側(cè)開關(guān) (S2, S3) | 優(yōu)異的高溫$R_{DS(on)}$性能,確保高溫下仍保持低導(dǎo)通損耗。 |
總柵極電荷 ($Q_{G}$) | 225 nC | 220 nC | 外側(cè)開關(guān) (S1, S4) | 合理的$Q_{G}$值,結(jié)合低開關(guān)能量,確保了優(yōu)良的開關(guān)性能。 |
典型開通/關(guān)斷損耗 | $E_{on}=1200~mu J$ / $E_{off}=530~mu J$ | $E_{on}=910~mu J$ / $E_{off}=625~mu J$ | 外側(cè)開關(guān) (S1, S4) | 較低的開關(guān)損耗,支持高頻工作以提升功率密度。 |
結(jié)殼熱阻 ($R_{th(j-c)}$) | $0.20~K/W$ | $0.20~K/W$ | 通用 | 優(yōu)異的熱性能,便于散熱設(shè)計。 |
注:開關(guān)損耗測試條件不同,僅供參考。B3M013C120Z測試條件為$V_{DC}=800V, I_{D}=60A$;B3M010C075Z測試條件為$V_{DC}=500V, I_{D}=80A$。
通過上表對比可以清晰地看出,這兩款器件的特性形成了完美的互補。B3M013C120Z的高耐壓和低開關(guān)損耗特性使其成為承擔(dān)高頻斬波和高電壓應(yīng)力的外側(cè)開關(guān)的理想選擇。而B3M010C075Z則憑借其在750V電壓等級下做到的業(yè)界領(lǐng)先的低導(dǎo)通電阻,完美契合了內(nèi)側(cè)開關(guān)對低導(dǎo)通損耗的核心需求。
5. 應(yīng)用價值綜合評估:構(gòu)建高性能T型三電平逆變器
5.1. 性能預(yù)測與損耗分析
將B3M013C120Z和B3M010C075Z應(yīng)用于非對稱T型三電平逆變器中,可以預(yù)見其在系統(tǒng)效率和功率密度方面的巨大潛力。通過簡化的損耗模型估算,在典型的混合逆變器工作條件下(如800V直流母線,10kW輸出功率,開關(guān)頻率65 kHz),該方案相較于傳統(tǒng)方案具有明顯優(yōu)勢。
與全Si-IGBT方案對比: SiC方案的開關(guān)損耗將降低一個數(shù)量級以上,使得系統(tǒng)總效率輕松突破99%,同時支持的開關(guān)頻率可以從IGBT方案的16-20 kHz提升至65 kHz甚至更高。
與對稱全1200V SiC方案對比: 盡管外側(cè)開關(guān)的開關(guān)損耗相似,但內(nèi)側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通損耗將顯著降低。由于B3M010C075Z的$R_{DS(on)}$($10~mOmega$)遠低于同代1200V級別的SiC MOSFET(如B3M020120ZL的$20~mOmega$ ),在內(nèi)側(cè)開關(guān)導(dǎo)通時間較長的工況下(尤其是在部分負載條件下,這是混合逆變器常見的運行狀態(tài) ),這種導(dǎo)通損耗的降低將帶來可觀的效率提升。
5.2. 系統(tǒng)級優(yōu)勢與設(shè)計建議
采用該非對稱SiC方案所帶來的性能提升,將轉(zhuǎn)化為切實的系統(tǒng)級優(yōu)勢:
功率密度提升: 總損耗的降低意味著散熱需求的減小。更低的散熱器體積和重量,結(jié)合因高開關(guān)頻率而減小的濾波器尺寸,將共同促成逆變器功率密度的顯著提升,使其更緊湊、更輕便 。
無源元件小型化: B3M013C120Z優(yōu)異的開關(guān)性能支持系統(tǒng)工作在更高的開關(guān)頻率(例如大于60 kHz )。根據(jù)電磁學(xué)原理,更高的頻率允許使用更小感值的電感和更小容值的電容來實現(xiàn)相同的濾波效果,從而大幅減小無源元件的體積、重量和成本 。
驅(qū)動電路設(shè)計考量: SiC MOSFET的快速開關(guān)特性對其驅(qū)動電路提出了嚴苛要求。為充分發(fā)揮其性能并確??煽窟\行,必須選用高性能的隔離柵極驅(qū)動器?;景雽?dǎo)體的BTD5350x系列驅(qū)動器是一個合適的選擇 30。其高達10A的峰值輸出電流,能夠快速對SiC MOSFET的輸入電容進行充放電,實現(xiàn)納秒級的開關(guān)邊沿;低至60ns的傳輸延時保證了控制信號的精確傳遞;高達5000Vrms的隔離電壓則確保了高壓側(cè)與低壓控制側(cè)的安全隔離。特別推薦選用BTD5350M版本,其集成的米勒鉗位功能能夠在關(guān)斷期間為柵極提供一個低阻抗通路,有效抑制由高$dv/dt$引起的米勒電流導(dǎo)致的寄生導(dǎo)通風(fēng)險,這對于提升SiC應(yīng)用系統(tǒng)的魯棒性至關(guān)重要 。
表5.1 T型三電平逆變器不同配置方案的性能預(yù)測基準(zhǔn)
配置方案 | 預(yù)估開關(guān)損耗 | 預(yù)估導(dǎo)通損耗 | 總損耗 | 預(yù)計峰值效率 | 相對功率密度指數(shù) |
---|---|---|---|---|---|
傳統(tǒng)Si-IGBT對稱方案 | 高 | 中 | 高 | ~$98.5%$ | 1.0 (基準(zhǔn)) |
對稱全1200V SiC方案 | 低 | 中-低 | 中-低 | ~$99.2%$ | ~1.5 |
非對稱SiC方案 (1200V/750V) | 低 | 低 | 最低 | >99.4% | >1.7 |
注:表中數(shù)據(jù)為基于典型工況的定性與半定量預(yù)測,旨在說明不同方案間的相對性能差異。
該性能預(yù)測清晰地表明,通過在T型拓撲中非對稱地部署B(yǎng)3M013C120Z和B3M010C075Z,能夠?qū)崿F(xiàn)最低的綜合損耗,從而達到最高的系統(tǒng)效率和功率密度,充分體現(xiàn)了該方案的技術(shù)價值。
6. 結(jié)論與展望
6.1. 結(jié)論總結(jié)
傾佳電子深入分析了混合逆變器的技術(shù)發(fā)展趨勢,并聚焦于T型三電平拓撲及其優(yōu)化方案。分析表明,T型三電平拓撲因其較低的導(dǎo)通損耗而具備效率優(yōu)勢,而其外側(cè)開關(guān)承受全母線電壓的挑戰(zhàn)則可由高性能高壓SiC MOSFET有效應(yīng)對。
通過對基本半導(dǎo)體B3M013C120Z (1200V) 和B3M010C075Z (750V) 兩款SiC MOSFET的詳細特性表征,傾佳電子論證了在T型拓撲中采用非對稱器件配置的巨大應(yīng)用價值。將具備高耐壓和低開關(guān)損耗的B3M013C120Z用于外側(cè)開關(guān),同時將具備超低導(dǎo)通電阻的B3M010C075Z用于內(nèi)側(cè)中性點開關(guān),是一種高度精細化的協(xié)同設(shè)計。該方案充分利用了T型拓撲的內(nèi)在特性與不同電壓等級SiC器件的性能優(yōu)勢,實現(xiàn)了開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的同步最小化。
深圳市傾佳電子有限公司(簡稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
交通電動化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機)及高壓平臺升級;
數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動國產(chǎn)SiC替代進口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國家“雙碳”政策(碳達峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
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6.2. 關(guān)鍵優(yōu)勢回顧
綜上所述,采用B3M013C120Z和B3M010C075Z構(gòu)建的非對稱T型三電平逆變器方案,其核心優(yōu)勢在于:
極致的系統(tǒng)效率: 在寬泛的負載范圍內(nèi),尤其是在混合逆變器常見的輕載和中載工況下,均能保持極高的轉(zhuǎn)換效率。
卓越的功率密度: 更高的效率和更高的開關(guān)頻率共同作用,使得散熱系統(tǒng)和無源濾波元件的體積得以大幅縮減,從而實現(xiàn)更緊湊、更輕量化的產(chǎn)品設(shè)計。
優(yōu)化的成本效益: 通過在內(nèi)側(cè)橋臂使用成本更低的750V SiC器件,實現(xiàn)了在不犧牲甚至提升性能的前提下,對系統(tǒng)BOM成本的有效控制。
6.3. 未來展望
展望未來,混合逆變器的技術(shù)發(fā)展將繼續(xù)沿著高頻化、高密度化和高集成化的路徑演進。寬禁帶半導(dǎo)體將扮演愈發(fā)重要的角色,其應(yīng)用將從分立器件逐步走向更高度集成的功率模塊。隨著SiC技術(shù)的不斷成熟和成本的進一步下降,以及GaN器件在高頻應(yīng)用領(lǐng)域的崛起,未來可能會出現(xiàn)更多創(chuàng)新的混合拓撲結(jié)構(gòu),例如混合SiC/GaN的配置方案,以在不同功率等級和應(yīng)用場景下尋求最佳的性能與成本平衡點 ?;景雽?dǎo)體等器件供應(yīng)商通過持續(xù)推出性能更優(yōu)的SiC MOSFET產(chǎn)品,將為下一代高效、高密度混合逆變器的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。
審核編輯 黃宇
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