碳化硅MOSFET在家庭储能(双向逆变,中大充)的应用优势

碳化硅MOSFET在家庭储能(双向逆变,中大充)的应用优势

倾佳电子杨茜以国产碳化硅MOSFET B3M040065L和超结MOSFET对比,并以在2000W家用双向逆变器应用上具体分析BASiC基本股份B3M040065L在家庭储能(双向逆变,中大充)的应用优势。

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技术案例说明:BASiC-B3M040065L(碳化硅MOSFET)替代OSG60R033TT4ZF(超结MOSFET)的可行性分析

jrhz.info

BASiC-B3M040065L为碳化硅(SiC)MOSFET,而OSG60R033TT4ZF为硅基(Si)超结MOSFET。尽管两者均为TOLL封装的高压功率器件,但SiC技术具备显著优势,具体分析如下:

一、B3M040065L的技术优点

材料特性优势

更高耐压与高温性能:B3M040065L额定电压650V(OSG60R033TT4ZF为600V),且结温范围-55°C至175°C(OSG60R033TT4ZF为-55°C至150°C),适合高温、高压场景。

更低导通损耗:SiC的电子迁移率更高,尽管B3M040065L常温下RDS(on)=40mΩ(OSG60R033TT4ZF为33mΩ),但在高温(175°C)下,B3M040065LRDS(on)仅升至55mΩ(OSG60R033TT4ZF在150°C时升至65.6mΩ),高温稳定性更优。

动态性能优势

更快的开关速度:B3M040065L的开关时间(如td(on)=10ns,tr=18ns)显著低于OSG60R033TT4ZF(td(on)=32.8ns,tr=13ns),高频下开关损耗更低。

更低栅极电荷:B3M040065L总栅极电荷QG=60nC(OSG60R033TT4ZF为104nC),驱动损耗更低,适合高频应用。

更低反向恢复损耗:B3M040065L反向恢复时间trr=11ns(OSG60R033TT4ZF为184ns),显著减少二极管反向恢复带来的损耗。

系统级优势

更高的功率密度:SiC器件允许更高开关频率(如100kHz以上),减小磁性元件体积,提升系统紧凑性。

二、2000W双向逆变器模拟损耗仿真

假设条件

输入电压:400V DC

输出功率:2000W(双向逆变,效率≈98%)

开关频率:f_sw=100kHz

负载电流:I_rms=2000W/400V=5A(每管均流,假设两管并联)

损耗计算模型

导通损耗

Pcond=Irms2⋅RDS(on)⋅DonPcond=Irms2⋅RDS(on)⋅Don

B3M040065L(175°C时RDS(on)=55mΩ):

Pcond=52⋅0.055⋅0.5=0.6875 W/管Pcond=52⋅0.055⋅0.5=0.6875W/管

OSG60R033TT4ZF(150°C时RDS(on)=65.6mΩ):

Pcond=52⋅0.0656⋅0.5=0.82 W/管Pcond=52⋅0.0656⋅0.5=0.82W/管

开关损耗

Psw=(Eon+Eoff)⋅fswPsw=(Eon+Eoff)⋅fsw

B3M040065L(Tj=25°C时Eon=25μJ,Eoff=90μJ):

Psw=(25+90)⋅10−6⋅105=11.5 W/管Psw=(25+90)⋅10−6⋅105=11.5W/管

OSG60R033TT4ZF(Tj=25°C时Eon=未直接提供,参考动态参数估算≈50μJ):

Psw=(50+50)⋅10−6⋅105=10 W/管Psw=(50+50)⋅10−6⋅105=10W/管

反向恢复损耗

B3M040065L(Qrr=100nC):

Prr=Qrr⋅VDS⋅fsw=100⋅10−9⋅400⋅105=4 W/管Prr=Qrr⋅VDS⋅fsw=100⋅10−9⋅400⋅105=4W/管

OSG60R033TT4ZF(Qrr=1.2μC):

Prr=1.2⋅10−6⋅400⋅105=48 W/管Prr=1.2⋅10−6⋅400⋅105=48W/管

总损耗对比

参数B3M040065L(SiC)OSG60R033TT4ZF(Si)导通损耗0.69 W/管0.82 W/管开关损耗11.5 W/管10 W/管反向恢复损耗4 W/管48 W/管合计16.19 W/管58.82 W/管

结论

B3M040065L(SiC)总损耗显著低于OSG60R033TT4ZF(Si),尤其在反向恢复损耗上优势明显。对于2000W双向逆变器,采用B3M040065L可提升系统效率约2-3%,并减少散热需求。

对于驱动负压供电的需求,BASiC基本股份提供电源IC1521系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524。

三、替代建议

性能优化:B3M040065L更适合高频、高压场景,尤其适用于EV充电、太阳能逆变器等要求高效率的应用。

成本考量:国产SiC器件售价已经和替代规格的超结MOSFET价格趋同,加上系统级优势(如散热简化、体积缩小)可降低整体成本,国产SiC器件系统优势明显。

可靠性提升:SiC的高温耐受性和低损耗特性可延长系统寿命,减少维护需求。

最终推荐:在2000W双向逆变器中,B3M040065L可全面替代OSG60R033TT4ZF超结MOSFET,实现更高效率与可靠性。

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