傾佳電子楊茜提供基于BASiC基本股份(BASiC Semiconductor)全國產BTP2843DR與B2M600170H的1000V直流輸入反激輔助電源設計（反激驅動驅動電壓限制，無法最大化碳化硅MOSFET能力的情況下）,取代老舊的平面高壓硅MOSFET方案。

傾佳電子楊茜致力于推動國產SiC碳化硅模塊在電力電子應用中全面取代進口IGBT模塊，助力電力電子行業自主可控和產業升級！

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然，勇立功率半導體器件變革潮頭：

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1. 設計目標與限制條件

輸入電壓：1000V DC（電力電子系統母線電壓）

驅動電壓：12V（B2M600170H性能受到限制）

輸出功率：最大化設計（受限于溫升與效率）

關鍵約束：

BASiC基本股份 BTP2843DR：最大占空比96%，開關頻率≤500kHz，驅動電流1A。

BASiC基本股份 B2M600170H：1700V耐壓，7A連續電流（25℃），但碳化硅MOSFET R_DS(on)受驅動電壓影響較大，也有貼片封裝TO263-7的B2M600170R。

安全裕量：V_DS(max) < 1500V（1700V耐壓的88%）。

2. 關鍵參數設計與優化

(1) MOSFET電壓與電流應力

電壓應力：

VDS(max)?=Vin?+VOR?+Vspike?=1000V+200V+200V=1400V

（反射電壓 VOR?=200V，漏感尖峰 Vspike?=200V，需優化RCD吸收電路）

峰值電流：

Ipeak?=η?Vin??Dmax?2Pout??=0.85?1000V?0.962?250W?≈0.63A

(2) 功率極限

理論最大功率（考慮R_DS(on)=1.2Ω）：

Pmax?=21?Lp?Ipeak2?fsw??η=21??1.5mH?(1.2A)2?150kHz?0.85≈165W

優化目標：通過調整開關頻率與變壓器設計，實現 200W輸出（24V/8.3A）。

3. 詳細設計步驟

(1) 變壓器設計

磁芯選型：ETD44（Ae=1.73cm2，Bmax=0.25T），支持高頻與高功率密度。

初級電感量：

Lp?=Ipeak??fsw?Vin??Dmax??=1.2A?150kHz1000V?0.96?≈4.44mH

匝數比：

N=Vout?+VD?VOR??=24V+0.5V200V?≈8.1(取8:1)

繞組參數：

初級：128匝（利茲線，線徑0.5mm2，降低高頻損耗）。

次級：16匝（多股絞線，線徑1.2mm2）。

輔助繞組：20匝（整流后≈15V，供BTP2843DR）。

(2) MOSFET驅動與保護

門極驅動：

驅動電阻 Rg?=Idrive?Vdrive??=1A12V?=12Ω(選用10Ω+2Ω分壓)。

添加加速電容（220pF）以減少開關時間。

RCD吸收電路：

電容：4.7nF/2kV陶瓷電容。

電阻：33kΩ/10W，二極管：2kV/3A SiC二極管（C4D20120D）。

(3) 電流檢測與限流

檢測電阻：

Rsense?=Ipeak?VISENSE??=1.2A1V?≈0.83Ω(選用0.82Ω/5W合金電阻)

逐周期限流：BTP2843DR內部比較器觸發閾值1V，保護MOSFET過流。

4. 損耗分析與散熱設計

(1) 損耗計算

導通損耗（R_DS(on)=1.2Ω）：

Pcond?=IRMS2??RDS(on)?=(0.8A)2?1.2Ω=0.77W

（假設DCM模式，I_RMS≈0.8A）

開關損耗（E_on=80μJ，E_off=13μJ）：

Psw?=(Eon?+Eoff?)?fsw?=93μJ?150kHz=13.95W

總損耗：≈15W（需強制風冷，散熱器熱阻≤2°C/W）。

(2) 效率估算

η=Pout?+Ploss?Pout??=200W+15W200W?≈93%

5. 關鍵驗證與優化

(1) 電壓與電流應力測試

MOSFET VDS波形：示波器觀測尖峰<1400V，優化RCD參數（如增大電容至6.8nF）。

初級電流波形：峰值≤1.2A，無磁芯飽和（ETD44磁芯余量充足）。

(2) 溫升測試

MOSFET結溫：紅外測溫<110°C（強制風冷，散熱器熱阻2°C/W）。

變壓器溫升：<55°C（利茲線降低銅損）。

(3) 輸出功率驗證

滿載測試：輸入1000V DC，輸出24V/8.3A（200W），持續運行1小時無降額。

6. 最終參數與性能

參數數值輸出功率200W（24V/8.3A）開關頻率150kHz占空比96%效率（滿載）88%-90%溫升（MOSFET）<110°C（強制風冷）隔離耐壓≥4kV（AC，1分鐘）EMI通過CISPR 32 Class B

7. 設計總結與注意事項

設計亮點

高壓隔離：采用三重絕緣線繞制變壓器，初級-次級間距≥10mm。

高頻優化：利茲線與PQ磁芯組合，降低高頻損耗。

散熱保障：強制風冷+熱阻2°C/W散熱器，確保MOSFET結溫安全。

注意事項

驅動電壓限制：若需降低R_DS(on)，可嘗試提升V_GS至15V（需調整輔助繞組匝數）。

降額設計：實際運行功率建議≤160W（80%負載），延長器件壽命。

EMI抑制：輸入級添加X2電容（0.47μF/1kV）與共模電感（10mH）。

7. 設計總結

通過最大化占空比（96%）、優化變壓器設計（ETD49磁芯）與強制散熱，BASiC基本股份(BASiC Semiconductor) BTP2843DR和B2M600170H實現200W反激輔助電源。
注意事項：

需嚴格監控MOSFET溫升，避免熱失效。

高頻噪聲需通過屏蔽與濾波抑制（如添加共模磁環）。

實際功率可能受限于PCB布局與散熱條件，建議預留20%降額。

此設計適用于高功率電力電子系統（如工業變頻器、儲能PCS、光伏逆變器、APF）的輔助供電，兼具高功率密度與可靠性。