國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅功率PIM模塊BMS065MR12EP2CA2替代IGBT模塊FP35R12N2T7_B67的綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

FP35R12N2T7_B67是集成有源PFC（維也納整流）和逆變的PIM模塊，廣泛應(yīng)用于商用空調(diào)和熱泵驅(qū)動(dòng)。
基本股份的BMS065MR12EP2CA2碳化硅PIM模塊方案全面取代英飛凌用于商用空調(diào)和熱泵驅(qū)動(dòng)的FP35R12N2T7_B67模塊。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

1. 材料特性優(yōu)勢(shì)

寬禁帶半導(dǎo)體特性：
SiC的禁帶寬度（~3.3eV）遠(yuǎn)高于硅（~1.1eV），具備更高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度（3×10? V/cm vs. 3×10? V/cm），使得SiC模塊可在更高電壓（如1200V及以上）下工作，減少器件體積，提升功率密度。

高熱導(dǎo)率：
SiC的熱導(dǎo)率（4.9 W/cm·K）是硅（1.5 W/cm·K）的3倍以上，顯著改善散熱能力，降低熱阻，從而在相同散熱條件下，結(jié)溫更低（仿真中80℃散熱器溫度下表現(xiàn)更優(yōu)），延長(zhǎng)器件壽命。

2. 電氣性能優(yōu)勢(shì)

高頻開(kāi)關(guān)能力：
SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)速度比IGBT快5-10倍，開(kāi)關(guān)損耗降低50%以上（仿真中損耗數(shù)據(jù)更低）。例如，在背靠背轉(zhuǎn)換器的逆變工況中，高頻開(kāi)關(guān)可減少死區(qū)時(shí)間，提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

低導(dǎo)通損耗：
SiC器件的導(dǎo)通電阻（Rds(on)）隨溫度變化小，在高溫下仍保持較低值（如25℃至150℃僅增加20%），而IGBT的導(dǎo)通壓降（Vce）隨溫度升高顯著增加，導(dǎo)致導(dǎo)通損耗更大。仿真中BMS065MR12EP2CA2模塊在11kW高功率下仍保持低損耗，印證了這一點(diǎn)。

反向恢復(fù)特性：
SiC MOSFET的體二極管反向恢復(fù)電荷（Qrr）近乎為零，而IGBT需外置快恢復(fù)二極管，其反向恢復(fù)損耗在整流工況中占比較高。仿真中BMS065MR12EP2CA2模塊在整流模式下的效率優(yōu)勢(shì)可能源于此。

3. 熱管理與可靠性

結(jié)溫控制：
仿真顯示BMS065MR12EP2CA2模塊在相同散熱條件下結(jié)溫更低（如11kW工況下結(jié)溫<125℃ vs. IGBT可能>140℃），得益于SiC的高熱導(dǎo)率和對(duì)稱布局設(shè)計(jì)，避免局部熱點(diǎn)，提升系統(tǒng)可靠性。

高溫穩(wěn)定性：
SiC器件可在200℃以上環(huán)境中穩(wěn)定工作（IGBT一般限值150℃），適合高溫應(yīng)用場(chǎng)景（如電動(dòng)汽車電機(jī)控制器、光伏逆變器）。

4. 系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)優(yōu)化

功率密度提升：
SiC的高頻特性允許使用更小的磁性元件（電感、變壓器），結(jié)合低損耗設(shè)計(jì)，BMS065MR12EP2CA2模塊在8kW至11kW全功率范圍內(nèi)保持緊湊體積，功率密度較IGBT方案提升30%以上。

拓?fù)溥m應(yīng)性：
BMS模塊支持雙向能量轉(zhuǎn)換（三相背靠背變換器）拓?fù)?，在整流和逆變模式中均表現(xiàn)高效（仿真中覆蓋多工況），而IGBT因開(kāi)關(guān)損耗和反向恢復(fù)問(wèn)題，在雙向拓?fù)渲行适芟蕖?/p>

EMI優(yōu)化：
SiC的快速開(kāi)關(guān)可減少電流/電壓過(guò)沖，降低EMI濾波需求，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5. 經(jīng)濟(jì)性與全生命周期成本

效率提升：
仿真中BMS065MR12EP2CA2模塊效率比IGBT高2%-5%（尤其在4kW以上高功率段），長(zhǎng)期運(yùn)行可顯著降低能源成本。

維護(hù)成本降低：
低結(jié)溫和高可靠性減少散熱系統(tǒng)復(fù)雜度及維護(hù)頻率，適用于工業(yè)級(jí)不間斷電源（UPS）等高要求場(chǎng)景。

6. 技術(shù)局限性及驗(yàn)證需求

成本差異：
國(guó)產(chǎn)SiC模塊初期成本已經(jīng)與進(jìn)口IGBT模塊持平，并可以通過(guò)系統(tǒng)級(jí)節(jié)能和體積縮減降低整機(jī)成本。

驅(qū)動(dòng)兼容性：
SiC MOSFET需更高驅(qū)動(dòng)電壓（通常+18V/-5V），需驗(yàn)證與現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路的匹配性。

BASiC基本股份針對(duì)SiC碳化硅MOSFET多種應(yīng)用場(chǎng)景研發(fā)推出門極驅(qū)動(dòng)芯片，可適應(yīng)不同的功率器件和終端應(yīng)用。BASiC基本股份的門極驅(qū)動(dòng)芯片包括隔離驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片，絕緣最大浪涌耐壓可達(dá)8000V，驅(qū)動(dòng)峰值電流高達(dá)正負(fù)15A，可支持耐壓1700V以內(nèi)功率器件的門極驅(qū)動(dòng)需求。

BASiC基本股份低邊驅(qū)動(dòng)芯片可以廣泛應(yīng)用于PFC、DCDC、同步整流，反激等領(lǐng)域的低邊功率器件的驅(qū)動(dòng)或在變壓器隔離驅(qū)動(dòng)中用于驅(qū)動(dòng)變壓器，適配系統(tǒng)功率從百瓦級(jí)到幾十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 開(kāi)關(guān)電源芯片BTP1521P,BTP1521F，該芯片集成上電軟啟動(dòng)功能、過(guò)溫保護(hù)功能，輸出功率可達(dá)6W。芯片工作頻率通過(guò)OSC 腳設(shè)定，最高工作頻率可達(dá)1.5MHz，非常適合給隔離驅(qū)動(dòng)芯片副邊電源供電。

對(duì)SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅(qū)動(dòng)電壓的需求，BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅(qū)動(dòng)IC BTL27524或者隔離驅(qū)動(dòng)BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。

結(jié)論

基本股份碳化硅PIM模塊BMS065MR12EP2CA2憑借材料特性與設(shè)計(jì)優(yōu)化，在效率、熱管理、功率密度及高頻性能上全面超越英飛凌IGBT模塊FP35R12N2T7_B67，尤其適合高功率、高頻率、高溫場(chǎng)景的三相背靠背變換器應(yīng)用，國(guó)產(chǎn)SiC模塊全面取代進(jìn)口IGBT模塊的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已為未來(lái)功率電子系統(tǒng)升級(jí)提供了明確方向。

審核編輯 黃宇