【经验】基于SiC MOSFET设计的ANPC电路，其低侧MOSFET的双脉冲测试结果及原因分析

时间： 2019-04-29 来源：Vincotech

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VINCOTECH 碳化硅（SiC） MOSFET能够满足1500V太阳能逆变器的高开关速度、高系统效率要求，可实现高集成度和高功率密度，但在开关性能方面仍有不足之处。本文基于SiC MOSFET设计的ANPC电路，介绍其低侧MOSFET的双脉冲测试结果及原因分析。

1、有源中点箝位型太阳能逆变器

图1展示了有源中点箝位（ANPC）电路，包含4个电网频率同步的IGBT（T1-T4）和它们的反并联二极管（D1-D4），以及两个高速MOSFET（T5和T6），该电路的目标应用是一个具有高开关频率（高达64kHz）、高效率的1500V组串型逆变器。除前述组件外，图1中还有两个与直流母线连接的电容（CDC1和CDC2）、一个扼流线圈LAC，电路的输出是单相输出。

图1 有源中点箝位（ANPC）电路图

基于图1所示的电路，在双脉冲测试平台上对SiC MOSFET的开关性能进行研究，双脉冲测试平台的低电感驱动电路，能够提供正、负栅极驱动电流。利用双脉冲测试平台采集图1中低侧MOSFET T6的开关波形和开关能量，首先使T6导通一段时间以建立起电流，然后再使其关断一小段时间，让电流在高侧MOSFET T5的体二极管中完全换向。接着又重新导通T6，同时完成对MOSFET及二极管的开关波形和开关能量的测量。

2、双脉冲测试结果

从T6的导通波形（图2）可以看到漏极电流有一个尖峰，随后又出现了漏极电流振铃和栅极电压振铃，这代表在高侧MOSFET T5上发生了寄生导通，这种现象又称为交叉导通或直通。

图2 低侧SiC MOSFET的导通波形（U_dc=600V，I_ds=140A，T_j=150℃，V_g=-5/16V）

3、发生寄生导通/交叉导通/直通的根本原因

在T6导通前，电流由T5的体二极管续流；在T6导通期间，电流换向至低侧通道（如图3所示），从而导致二极管进入阻断状态，中点电压以高dV/dt从DC+变化为0V。

图3 硬开关ANPC的电流路径

如图4所示，SiC MOSFET的栅极和漏极间存在米勒电容C_gd，栅极和源极间存在米勒电容C_gs，漏极和源极间存在米勒电容C_ds。C_ds上的电压以高dV/dt增大，然后电流流过C_gd和C_gs，C_gs上的电压随之升高，若该电压达到导通阈值，MOSFET就会导通。

图4 SiC MOSFET内部的米勒电容和栅极电阻

这次导通使低侧MOSFET的漏极出现了电流尖峰（如图2所示），也产生了较高的开关能量。工作结温限制了MOSFET的最大容许功耗，也就意味着高开关能量限制了最大的开关频率。

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型号- 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

2020/2021 - VINCOTECH - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货

【方案】30~80kW组串式光伏逆变器优选器件方案

描述- 该方案针对30~80kW的组串式光伏逆变器，采用多路BOOST升压电路，减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加发电量。逆变侧采用T型三电平拓扑，开关频率支持16kHz（最佳频率点），效率最高可达98.54%。辅助电源采用1700V耐压SiC MOSFET，单端反激电源可直接应用在1000V母线系统。同时，在BOOST升压电路和逆变电路中均采用IGBT模块设计，集成度更高。

型号- MKS4J022202D00MSSD,10-FZ12NMA080NS03-M260F,0505025.MX52LEP,TFLEX HD300,BGM111,C2M1000170D,EFR32MG13P732F512GM48-C,RBN75H125S1GP4-A0,10-FY12NMA160SH01-M820F18,KT05,PS9402,SGM6022,MLX91208,28R1101-000,28R0610-000,30-FT12NMA160SH-M669F28,PS9031,LSIC2SD120E30CC,30-FT12NMA200SH-M660F08,LXXXX 15.00/05/90 4.5SN GR,28R1476-100,92ML,LX 15.00/05/90 4.5SN GR BX,MKS4J033305D00KSSD,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,28R1953-000,PS9531L3,SI86XX,28B0141-000,WDU50N,SGM6032,WGM110,R5F56514FDLJ,C4D30120D,WDU70N,RBN40H125S1GPQ-A0,C2M0080120D,V23990-P629-L43,SGM2019,LSIC1MO120E0080,SID11X2K,SI8261BCD-C-IS

WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,WIMA,RENESAS,VINCOTECH,STANDEX-MEDER,II-VI MARLOW,WOLFSPEED,PI,ROGERS,MELEXIS,SGMICRO - 优选器件方案 - V2.1

Residential Solar Solutions

型号- 7000,SMBJ,L75QS,M3,SPD,TMOV,SPF,SPE,HV,LSIC1MO170E0750,CLASS RK5,X3-CLASS,CLASS T,SMBJ30CA,CLASS J,DSI,SM7,SPD TYPE 2,DSP,MIXA,ULTRAMOV,IXD_6XXSI,1500V POLAR,SPXI,SP712,SP2555NUTG,SMF,ES,X2-CLASS,RA,1200 V DIODE,MIXG,RB,LPHV,X CLASS,324,369,DLA,LSIC1MO120E0120,SP3130,IXDN604SIA,650 V TRENCH,IX4351NE,SPXV,SM20,IXG*N170(A),SM15-02HTG,SPD2 PV,SMDJ,SPFI,SPFJ,SM712,CG3,1.5SMC,CG2,CG4,650V X2-CLASS,DSEI,215,KLKD,HIGH VOLTAGE SERIES,KSC,DSEP,XPT,TRENCH GATE GEN2,CG,XTREME,SMCJ,KR,ULTRA-JUNCTION X2,KSR,SMBJ18CA,LA,1200,IX4427,IXDN602SIATR,650V X3-CLASS,650V DIODES,SIC1MO170E1000,X4-CLASS

2023/12/4 - LITTELFUSE - 应用及方案代理服务技术支持现货查询批量订货

【选型】 IGBT-SiC与IGBT-Si效率、损耗、成本对比分析

本文将分析Si和SiC器件应用于升压功率模块，对效率和损耗的影响，并最终影响整体成本。本文将以光伏系统一个基本的350V输入700V输出的升压拓扑电路为例，通过Vincotech公司仿真软件ISE进行计算，获得两种材料在不同工作点下的效率和损耗数据，然后对比并分析数据。

2019-05-18 - 器件选型代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】1200V/65A Sixpack SiC功率模块10-PY126PA020MR-L227F28Y

Vincotech公司推出SiC功率模块10-PY126PA020MR-L227F28Y，属于flowPACK 1 SiC产品系列，1200V/ 65A，采用Sixpack拓扑结构和SiC MOSFET芯片技术，封装尺寸82 mm x 37.4 mm x 12 mm，可用于充电器。

2019-12-07 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

Stepping up to Peak Performance and Efficiency with Vincotech‘s SiC-driven Power Modules

With Vincotech‘s SiC-based power modules for charging stations, solar inverters, and other applications, you get the best of both. They let you supercharge performance and streamline designs.

2023-12-01 - 产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【技术】三电平SI IGBT和两电平SiC模块联手实现高效整流逆变

将SiC和三电平IGBT配合使用，将SIC的MOSFET用于前端的PFC电流中，三电平IGBT可以用于逆变中，这样更能提高整个系统的效率。

2016-02-26 - 原厂动态

【产品】全新三电平ANPC拓扑功率模块flowANPC 1系列，击穿电压高达2400V

flowANPC 1系列是Vincotech推出的三电平中性点钳位功率模块，采用了SiC MOSFET芯片技术，具有低导通电阻，可广泛应用于太阳能逆变器中

2018-07-28 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

Vincotech’s 70A flowPACK 1 SiC Modules Featuring Ultra-fast 900V SiC MOSFET for up to 400kHz switching frequency

The Vincotech flowPACK 1 SiC is faster than 1200 V SiC MOSFETs, safer than 650 V MOSFETs, and perfect for charging stations that require soft-switching for LLC topology. This 3xhalf-bridge achieves the efficiency you need at nominal and partial loads.

2023-10-31 - 产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【方案】125kW（1500VDC系统）光伏逆变器优选器件方案

描述- 本方案基于 1500VDC 系统，提出了在 BOOST 电路采用高集成度对称式 BOOST 模块，内置全 SiC MOS 和二极管，以提高开关频率和减小升压电感体积。在逆变电路采用 NPC 拓扑结构，耐压高达 2400V，在满足1500V 系统耐压需求的基础上，采用了低耐压的 IGBT，实现了较高的开关频率，有利于光伏逆变器实现更高的效率和更小的体积。

型号- TFLEX HD300,C3M0065090D,C2M1000170D,10-F124NID150SH03-LG18F98,10-F124NIE150SH03-LG28F98,RA-8565SA,PS9402,MLX91208,10-F124NIX150SH03-LGX8F98,28R1101-000,28R0610-000,LSIC2SD120E30CC,28R1476-100,92ML,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,KT05-1A-BV88622,28R1953-000,28B0141-000,WGM110,R5F56514FDLJ,WM 4C,C4D30120D,10-FY09S2A065ME-L869L08,SID1152K,SI8621BD-B-IS,SI8261BCD-C-IS,SID11X2K

WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,CREE,RENESAS,VINCOTECH,STANDEX-MEDER,II-VI MARLOW,EPSON,PI,ROGERS,MELEXIS - 优选器件方案 - V1.1

【选型】充电桩DC-DC转换电路拓扑结构该如何选择？

在充电桩应用中，DC-DC转换电路拓扑结构到底应该采用三电平LLC串联谐振全桥？还是采用二电平LLC串联谐振全桥？本文带你探秘。用于DC-DC转换的功率开关器件主要有IGBT，Cool MOS和SIC MOSFET等，它们各有优缺点。Vincotech公司目前推出了基于INFINEON第五代高速H5的IGBT功率模块，其比基于INFINEON第三代高速H3的IGBT功率模块，性能有明显的提高。

2016-05-14 - 器件选型代理服务技术支持现货查询批量订货

VINCOTECH fastPACK 0 SiC- the H-bridge Featuring Switching Frequency up to 400kHz for Accelerating SMPS, Charger, and ESS applications

900V/33A Faster, cooler, and even more efficient, the VINCOTECH fastPACK 0 SiC power module is the first-choice H-bridge for switching frequencies up to 400kHz. It is also the perfect solution when it comes to increasing power density for SMPS, charger, and ESS applications ranging from 2 - 4 kW.