【经验】两电平SiC MOSFET PFC对比传统硅半导体三电平Vienna PFC，提供更高效率、功率密度和更低成本

时间： 2019-03-31 来源：Wolfspeed

随着新能源技术的不断发展，新能源的应用领域也不断扩张，能够想象到的很多应用场景里都会有双向三相AC/DC转换器的身影，比如：太阳能到储能系统再与电网连接削峰填谷；太阳能、储能系统、风能和柴油发电独立组网；储能充电站与电网连接大功率电动汽车充电；电动汽车与电网之间双向充放电。图1展示了新能源汽车与电网连接示意图。这些应用领域对效率非常敏感，同时希望能够实现电能的双向流动。

图1 新能源汽车与电网连接示意图

在现有的功率半导体技术和AC/DC电路拓扑结构下，主动前端整流或者主动PFC在性能和成本上的优化空间有限。面对新应用，传统功率半导体技术遇到瓶颈，因此我们采用新型半导体器件SiC MOSFET，应用简单的两电平六开关拓扑结构，设计一款满足表1技术要求的双向PFC，在成本、性能等各方面本文将与仅能够单向应用的传统硅半导体三电平六开关Vienna拓扑PFC进行对比。图2是两电平SiC MOSFET拓扑和三电平六开关Vienna拓扑。

表1 PFC技术要求

图2 两电平SiC MOSFET拓扑（上）和三电平六开关Vienna拓扑（下）

本文设计中，半导体器件选择WOLFSPEED 推出的1000 V/65 mΩ SiC MOSFET C3M0065100K，这款SiC MOSFET具有非常低的开关损耗，采用源极Kelvin连接的四引脚TO-247封装，自身的体二极管可替代外部SiC二极管，降低成本，支持800V直流母线电压。

在电网电压380V、直流母线电压800V，输出功率20KW，假设结温110°C的条件下，我们能够估算出不同开关频率下两电平SiC MOSFET PFC的MOSFET（含体二极管）的功率损耗。图3为两电平SiC MOSFET PFC的MOSFET功率损耗与开关频率相关曲线。

图3 两电平SiC MOSFET PFC的MOSFET功率损耗与开关频率相关曲线

对于原型机设计，选择48 kHz的开关频率、大约20％的电感器电流纹波（电网电压380V）、400μH的升压电感。 48 kHz开关频率的三次谐波低于EMI测试的150 kHz频段，能够降低EMI滤波部分成本和体积。图4 为原型机硬件实物图

图4 原型机硬件实物图

针对不同的开关频率，我们进行了实物测试。图5为电网电压480V直流母线电压800V输出功率20KW下开关频率为48KHz和60KHz时A相电压和电流波形.图6为效率和THDi与输出功率相关曲线。

图5 开关频率为48KHz和60KHz时A相电压和电流波形

图6 效率和THDi与输出功率相关曲线

经测试此PFC在480V60Hz输入、800V输出、48KHz的开关频率，满负荷输出的情况下，效率98.4%，THDi 2.39%，同样条件380V输入，效率98.2%，THDi 1.65%。

下面我们与传统硅半导体三电平六开关Vienna拓扑PFC对比

整体上，两电平六开关SiC MOSFET PFC与传统硅半导体三电平六开关Vienna PFC相比，功率密度更高，效率更高，电路拓扑简单，半导体器件数量少，导致装配成本低，可靠性高，而且两电平六开关SiC MOSFET PFC能够双向应用，三电平Vienna PFC仅能单向应用。

事实证明1000 V SiC MOSFET C3M0065100K应用在简单的两电平，六开关三相PFC拓扑中，实现了性能和成本的改进，突破了传统半导体技术的局限，并具有双向功能。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由shrek提供，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

全部评论（0）

暂无评论

【经验】SiC MOSFET双脉冲测试夹具为功率器件开关、功率等特性提供评估方案

在特制的双脉冲测试夹具上，通过采集SiC MOSFET开通过程、关断过程的驱动电压、开关电压和电流波形，可以有效的评估SiC MOSFE的开通、关闭时间，器件应力，功率回路杂散电感等参量，以及根据测试数据计算导通电阻、开关损耗等，本文介绍Wolfspeed公司推荐的双脉冲测试夹具的原理、设计、使用要点。

2019-10-30 - 设计经验

【经验】1200V/75mΩ高性价比SIC MOSFET助力6.6KW车载OBC全桥逆变，较主流型号成本降低10%

为兼顾提升6.6KW车载OBC充电效率并降低系统设计成本，本文推荐选择Wolfspeed（科锐）推出的一款高性价比SIC MOSFET C3M0075120K，采用自带独立驱动源引脚的TO-247-4封装，导通阻抗低至75mΩ，兼容普通MOSFET栅源电压-4V和+15V的工作电压设计，单价成本相比1200V/80mΩ SIC MOSFET可降低10%，是实现低成本高性能的首选。

2018-11-10 - 设计经验

【经验】一文告诉你寄生电感电容对SiC MOSFET模块的电压尖峰和EMI影响

SiC MOSFET模块的使用可以显著提升产品的电气性能，降低产品成本。但随着开关频率的提高，高频寄生电感电容的影响也越来越凸显。为了介绍寄生电感的影响，本文以WOLFSPEED推出1200V、100A的SiC MOSFET模块CAS100H12AM1为例进行了阐述。

2018-10-23 - 设计经验

【应用】瞻芯电子20kW碳化硅三相PFC参考设计

三相PFC是一种高效率大功率无桥功率因数校正电路，本文介绍瞻芯电子的20kW碳化硅三相PFC参考设计，额定功率为20kW，使用1200V/30mΩ SiC MOSFET IV1QXXXXT3，以及专用碳化硅MOSFET驱动IC IVCR1401用于高速桥臂。

2021-05-05 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

IVCT-REF00003 20kW碳化硅三相PFC参考设计

描述- 本资料提供了一份20kW碳化硅三相PFC（功率因数校正）参考设计。设计采用高速SiC（碳化硅）MOSFET管，实现高效率和大功率AC-DC转换。主要内容包括硬件组成部分、测量结果、参数说明和附录。硬件部分包括SiC MOSFET、驱动IC、辅助电源和控制板卡等。测量结果显示，该设计在65kHz开关频率下，效率可达98%以上，功率因数接近1，电流谐波失真低。

型号- IV1Q12050T4,IVCT-REF00004,IVCT-REF00008,F280049C,IVCT-REF00009,IVCR1401,UCC28740,IVCT-REF00003

2022/6/14 - 瞻芯电子 - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持批量订货

【视频】瞻芯电子All-SiC高密、高频、充电桩模块方案：基于20kW三相PFC+DC-X电源拓扑架构

瞻芯电子 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持批量订货

20千瓦碳化硅三相PFC參考设计

描述- 本资料提供了一种20千瓦碳化硅三相PFC（功率因数校正）参考设计。设计采用高速SiC MOSFET和专用驱动IC，实现高效率和大功率的AC-DC转换。主要内容包括硬件组成部分、测量结果、参数说明和附录。硬件部分包括SiC MOSFET、驱动IC、控制板卡、辅助电源板卡等。测量结果显示，该设计在65kHz开关频率下，效率可达98%以上，功率因数接近1，电流谐波失真低。

型号- IV1QXXXXT3,IV1Q12050T4,IMZ120R045M1,TMDSCNCD280049C,F280049C,AD7606,IVCR1401,UCC28740

2021/06/01 - 瞻芯电子 - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持批量订货

【选型】国产碳化硅MOSFET WM1A080120K可PIN-PIN替换C2M0080120D，工作结温更高

目前太阳能逆变器的高压DC/DC中主流产品有科锐（WOLFSPEED）C2M0080120D，对于光伏产业的大力发展，SIC MOSFET用量也在不断增加，需要一款成本更低、货源更稳定的产品作为替换。本文推荐中电国基南方的碳化硅SiC MOSFET WM1A080120K，该产品可pin-pin替代C2M0080120D，能够达到更高的工作温度-55℃到175℃，具有更低的开启电压2.3V。

2020-07-04 - 器件选型

采用多源化最新SiC MOSFET技术的Vincotech电源模块，满足三相PFC逆变器需求

Vincotech的flowANPFC和flow3xANPFC模块，可满足所有为AC/DC级寻找三相PFC逆变器的客户的需求。同时，我们也可为DC/DC级提供合适的解决方案：fastPACK SiC和flowDUAL SiC（H桥与半桥拓扑），其均采用多源化的最新SiC MOSFET技术。

2022-03-05 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

20千瓦碳化硅三相PFC参考设计

描述- 本资料介绍了20千瓦碳化硅三相PFC参考设计，包括硬件组成部分、测量结果和参数说明。设计采用高速SiC MOSFET和专用驱动IC，实现高效率和大功率AC-DC转换。主要内容包括三相无桥PFC拓扑结构、SiC MOSFET驱动电路设计、辅助电源供电板卡和控制板卡等。测量结果显示，该设计在65kHz开关频率下，效率可达98%以上，功率因数接近1，电流谐波失真低。

型号- IV1QXXXXT3,TMDSCNCD280049C,F280049C,AD7606,IVCR1401,UCC28740

2021/06/01 - 瞻芯电子 - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持批量订货

IVCT-REF00003 20千瓦碳化硅三相PFC参考设计

描述- 三相PFC是一种高效率大功率无桥功率因数校正电路。它主要用于各种大功率电力电子设备中的第一级。图1-1所展示的是三相PFC主电路图。这个电路的Q1~Q6都是是高速SiC（碳化硅）MOSFET管。这一参考设计的额定功率为20KW。它使用本公司生产的1200V 50mΩ SiC MOSFET IV1Q12050T4, 以及专用碳化硅MOSFET驱动IC IVCR1401用于高速桥臂。

型号- IV1Q12050T4,IVCT-REF00004,TMDSCNCD280049C,IVCT-REF00008,F280049C,IVCT-REF00009,AD7606,IVCR1401,UCC28740,IVCT-REF00003

2021/8/16 - 瞻芯电子 - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持批量订货

【应用】国产SiC MOSFET用于UPS电源PFC部分，导通电阻低至40mΩ，快速恢复时间仅23ns

在20kW UPS电源PFC电路中采用三相维也纳拓扑，需要选择耐压650V、电流37-40A的开关管，推荐国产瞻芯电子推出的SiC MOSFET，TO247-3/TO247-4封装，导通电阻40mΩ（典型值）、寄生电容小、工作节温高，价格优势明显等优点。

2021-08-17 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

有没有大功率的碳化硅MOSFET推荐

世强代理的碳化硅有wolfspeed、Littelfuse和ROHM,均有大功率产品，可以通过下述网址选型：SIC 功率器件选型指南 Littelfuse全新短交期、低成本SiC MOSFET，专为高品质高频应用SiC Power Device 功率元器件

2018-12-03 - 技术问答

【选型】碳化硅MOSFET SCT2080KE可PIN-PIN替换C2M0080120D，通流能力更强、性能更优

碳化硅MOS具有低导通电阻、快速开关速度、快速反向恢复的特点，电气性能出色，加之驱动电路简单，易于并联使用，有助于用户进行个性化的电路设计，因此市面上的应用非常广泛。市面上主流的型号有科锐（Wolfspeed）的C2M0080120D等，不过因供货交期和价格压力等因素，很多客户会选择一款低成本、供货交期好的替代产品，本文重点推荐罗姆的碳化硅MOSFET管 SCT2080KE做替代。

2020-01-29 - 器件选型

【应用】C2M0080120D碳化硅MOSFET在DC/DC Boost电路设计中优势

Cree Inc.在2013年3月商业发布了下一代SiC MOSFET C2M0080120D，其参数优于第一代SiC MOSFET。器件采用全新C2M SiC MOSFET技术，具有更高的系统效率，更高的功率密度和更高的系统开关频率。MOSFET可应用于太阳能逆变器，高压DC/DC转换器等领域。本文主要介绍C2M0080120D型碳化硅MOSFET 在DC/DC boost电路设计中的应用优势。

2019-11-27 - 应用方案