全碳化硅户用工商业50kW光伏并网逆变器设计方案

倾佳电子杨茜介绍全国产碳化硅SiC功率器件（如BASiC基本股份）50kW光伏逆变器设计方案：

倾佳电子杨茜致力于推动国产SiC碳化硅模块在电力电子应用中全面取代进口IGBT模块，助力电力电子行业自主可控和产业升级！

倾佳电子杨茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三个必然，勇立功率半导体器件变革潮头：

倾佳电子杨茜咬住SiC碳化硅MOSFET模块全面取代IGBT模块的必然趋势！

倾佳电子杨茜咬住SiC碳化硅MOSFET单管全面取代IGBT单管的必然趋势！

倾佳电子杨茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET单管全面取代SJ超结MOSFET和高压GaN 器件的必然趋势！

一、系统架构

输入侧

MPPT升压拓扑：采用双路Boost拓扑，每路25kW，降低电感电流应力。

关键器件：

B3D40120H2（SiC肖特基二极管）：用于Boost二极管，耐压1200V，支持高频低损耗。

B3M040120Z（1200V SiC MOSFET）：作为Boost开关，利用其低导通电阻（40mΩ@18V）和高频特性提升效率。

逆变侧

T型三电平逆变拓扑：采用T型中性点箝位（TNPC）结构，降低开关损耗和电压应力。

关键器件：

B3M040065Z（650V SiC MOSFET）：用于中间电平开关，耐压650V，匹配中点电压。

B3M040120Z（1200V SiC MOSFET）：用于上下桥臂开关，耐压1200V，适应高压直流母线。

二、关键参数设计

输入侧（MPPT）

光伏输入电压范围：600–1000V（假设单路MPPT）。

Boost升压输出：稳定至1200V直流母线。

开关频率：50kHz（利用SiC高频优势，减小电感体积）。

电流计算：

单路功率25kW，输入电流 25000/1000=​=25A（最大）。

B3M040120Z：连续电流64A@25°C，裕量充足。

B3D40120H2：连续电流61A@135°C，满足需求。

逆变侧（T型三电平）

直流母线电压：1200V。

输出功率：50kW（三相380V，输出电流 ≈76A）。

开关频率：20kHz（平衡开关损耗和EMI）。

器件选型：

B3M040120Z：承担高压侧开关（1200V），RDS(on)​=40mΩ，导通损耗低。

B3M040065Z：承担中点开关（650V），RDS(on)​=40mΩ，优化中压段效率。

三、热管理设计

散热方案：

强制风冷+铝基板散热器，热阻设计≤0.15°C/W。

B3M040120Z：最大结温175°C，需确保壳温≤110°C（参考 Rθ(j−c)​=0.48°C/W）。

损耗估算：

Boost开关损耗：

Psw​=21​×VDS​×ID​×(ton​+toff​)×fsw​=0.5×1200×25×(31ns+34ns)×50kHz≈48.75W

导通损耗：

Pcond​=IRMS2​×RDS(on)​=252×0.04=25W

总损耗：单路约74W，双路共148W，需匹配散热器。

四、驱动与保护

栅极驱动：

使用专用SiC驱动芯片（如BASiC基本股份BTD5350MCWR），提供+18V/-4V驱动电压，支持快速开关（<50ns）。

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。

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。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 开关电源芯片BTP1521xx，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+18V/-4V驱动电压的需求，BASiC基本股份提供自研电源IC BTP152P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：

过压保护：直流母线箝位至1300V（配合TVS）。

温度监控：NTC传感器实时反馈散热器温度。

五、效率与EMI优化

效率估算：

MPPT效率：99%（SiC二极管零反向恢复，Boost效率>98.5%）。

逆变效率：98.5%（T型拓扑+SiC低损耗）。

整机效率：>98%。

EMI设计：

输入/输出端加装共模电感+π型滤波器。

PCB布局采用分层设计，开关回路最小化。

六、BOM关键器件清单

功能模块 器件型号 数量 备注

MPPT Boost开关B3M040120Z4双路，每路1个

MPPT二极管B3D40120H2 每路1个

T型逆变高压开关B3M040120Z12三相每桥臂4个（上下臂）

T型逆变中压开关B3M040065Z6三相每桥臂2个（中点）

驱动芯片BTD5350MCWR每MOSFET1个

直流母线电容450μF/1200V薄膜电容 6革 低ESR，高频特性

七、验证与测试

样机测试项：

MPPT动态响应（EN50530标准）。

满载效率测试（欧洲效率>98%）。

高温老化测试（48小时@50°C环境）。

预期性能：

峰值效率≥98.5%，CEC效率≥98%。

符合IEC62109-1/2安规标准。

该方案充分利用BASiC基本股份(BASiC Semiconductor)国产SiC器件高频、耐压、低损耗特性，实现高功率密度（>1kW/L）和高可靠性，适用于户用和工商业光伏场景。

审核编辑 黄宇