国产碳化硅MOSFET和隔离驱动的真空镀膜电源设计方案

倾佳电子杨茜为客户提供BASiC基本股份(BASiC Semiconductor)全国产碳化硅MOSFET和隔离驱动的真空镀膜电源设计方案，助力射频电源业自主可控和产业升级！

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、系统架构设计

拓扑选择

主功率拓扑：采用全桥LLC谐振变换器，结合SiC MOSFET高频特性，提升效率（>95%）并降低开关损耗。

驱动电源拓扑：BTP1521P构成正激DCDC，搭配隔离变压器生成驱动所需的±18V/-4V电源。

关键器件选型

主开关管：

B3M013C120Z（1200V/176A，RDS(on)=13.5mΩ）用于高压侧（全桥拓扑）。

B3M040065Z（650V/67A，RDS(on)=40mΩ）用于低压侧或辅助电路。

隔离驱动：BTD5350MCWR（10A峰值驱动电流，5000Vrms隔离，米勒钳位功能）。

驱动电源：BTP1521P（6W输出，1.3MHz可调频率，生成±18V/-4V）。

二、关键电路设计

1. 主功率电路（全桥LLC谐振变换器）

谐振参数：

谐振频率 fr​=100kHz，设计 Lr​、Cr​ 实现软开关。

变压器匝比 N=1:10，输出高压直流（目标电压：1-5kV，依镀膜需求调整）。

SiC MOSFET配置：

全桥上下管均采用B3M013C120Z，并联RC缓冲电路（R=10Ω，C=1nF），抑制电压尖峰。

输出整流：采用快恢复二极管（如SiC肖特基二极管）或同步整流方案。

2. 驱动电路设计

驱动信号生成：

控制器（如DSP或专用PWM IC）生成互补PWM信号，频率与LLC谐振匹配（100kHz）。

BASiC基本股份(BASiC Semiconductor) BTD5350MCWR配置：

输入PWM信号经RC滤波（R=50Ω，C=100pF）后接入IN+/IN-，抑制高频干扰。

米勒钳位（CLAMP脚）接MOSFET门极与源极间肖特基二极管（如BAT54S），增强钳位效果。

输出端串联10Ω栅极电阻，并联1kΩ下拉电阻，优化开关速度并防止误触发。

3. 驱动电源设计（BTP1521P）BASiC基本股份(BASiC Semiconductor)

正负压生成：

BTP1521P驱动隔离变压器（如TR-P15DS23），副边全桥整流后分压：

正压：+18V（通过18V稳压管）。

负压：-4V（通过4.7V稳压管）。

输出滤波：正负电源各并联10μF电解电容+0.1μF陶瓷电容。

频率设置：

OSC脚接62kΩ电阻至GND，设定工作频率 fsw​≈330kHz。

三、保护与监控

过流保护：

主回路串联电流互感器（CT），信号经调理后反馈至控制器，触发PWM关断。

过压保护：

输出电压经电阻分压采样，比较器触发保护阈值（如5kV）。

驱动电源监控：

BTD5350MCWR的UVLO功能监测VCC2，欠压时关闭驱动输出。

温度保护：

MOSFET安装散热器（热阻<0.5℃/W），温度传感器（如NTC）实时监测，超温时降频或停机。

四、PCB与散热设计

布局要点：

功率回路（全桥、变压器、输出整流）路径最短，减少寄生电感。

驱动信号走线远离高压区域，采用屏蔽或地平面隔离。

散热设计：

SiC MOSFET安装于铜基板散热器，强制风冷（风速>2m/s）。

BTP1521P底部散热焊盘接地平面，通过过孔导热至背面铜层。

五、性能指标

参数指标输入电压380V DC（三相整流后）输出电压1-5kV DC（可调）输出功率10kW（峰值）效率>93% @满载开关频率100kHz（主功率）隔离电压5000Vrms（驱动侧）工作温度-40°C ~ +85°C

六、验证与优化

功能测试：

空载启动验证软启动（1.5ms）及输出电压稳定性。

满载测试效率、温升、EMI辐射（需满足EN 55032 Class B）。

优化方向：

调整LLC谐振参数（Lr​、Cr​）优化软开关范围。

优化栅极电阻（Rg）平衡开关速度与EMI。

总结：本设计结合BASiC基本股份(BASiC Semiconductor)全国产SiC MOSFET的高效特性、隔离驱动的安全性及定制化电源的稳定性，实现高性能真空镀膜电源，适用于工业级高精度镀膜场景。

审核编辑 黄宇