BMF008MR12E2G3和BMF240R12E2G3兩款SiC MOSFET模塊在三相四橋臂變換器中的應用優(yōu)勢分析如下(聚焦工商業(yè)儲能PCS場景):



1. 三相四橋臂變換器的核心需求
不平衡負載能力:工商業(yè)儲能離網運行時需應對單相/三相不平衡負載(如單相空調、機床),傳統(tǒng)三相三線拓撲無法補償零序電流,導致電壓畸變。
高效率要求:PCS效率直接影響儲能系統(tǒng)經濟性(充放電循環(huán)損耗)。
功率密度:需減小體積/重量以降低安裝成本。
諧波抑制:離網供電需滿足THD<5%的電能質量標準。
2. SiC MOSFET的核心優(yōu)勢(對比IGBT)
| 特性 | SiC優(yōu)勢 | 對PCS的價值 |
|---|---|---|
| 高頻開關 | 開關頻率可達32kHz(IGBT通常≤20kHz) | 減小濾波電感體積36%(文檔2),提升功率密度 |
| 低導通損耗 | 導通電阻低(BMF008: 8.1mΩ, BMF240: 5.5mΩ@25℃),無IGBT的PN結壓降 | 降低導通損耗,提升效率(實測高0.45%-0.5%) |
| 低開關損耗 | 無拖尾電流,反向恢復能量接近零(文檔2, Fig.3) | 降低高頻開關損耗,允許更高開關頻率優(yōu)化THD |
| 高溫穩(wěn)定性 | Rds(on)溫漂?。˙MF008@175℃僅13.5mΩ) | 散熱設計簡化,適應工業(yè)高溫環(huán)境 |
| 同步整流 | 體二極管可反向導通,Vf低(BMF008: 0.9V@18V驅動) | 減少死區(qū)時間,進一步降低損耗 |
3. 兩款模塊在PCS中的差異化優(yōu)勢
(1) BMF008MR12E2G3 (1200V/160A)
適用場景:100kW以下中小功率PCS
優(yōu)勢:
性價比:更低的電流規(guī)格降低模塊成本,適合對成本敏感的工商業(yè)儲能。
開關性能:Qg(401nC)低于BMF240(492nC),驅動設計更簡單。
驗證案例:125kW PCS中6并聯(lián)使用,THD=3.15%時效率達99.03%(文檔2)。
(2) BMF240R12E2G3 (1200V/240A)
適用場景:150kW以上大功率PCS
優(yōu)勢:
電流能力:240A連續(xù)電流滿足高功率密度需求(如200kW系統(tǒng)僅需4并聯(lián))。
更低導通損耗:Rds(on)@chip僅5.0mΩ(25℃),降低大電流工況損耗。
熱管理優(yōu)化:熱阻更低(Rth_j-c=0.09K/W vs BMF008的0.13K/W),支持長期過載運行。
4. 工商業(yè)儲能PCS中的核心價值
(1) 解決不平衡負載問題
零序電流通路:第四橋臂直接為不平衡電流提供路徑(文檔1, Page 3)。
獨立相控:SiC高頻特性支持V/F解耦控制,單相滿載時輸出電壓穩(wěn)定(文檔1, Page 4)。
實測效果:100%不平衡負載下,SiC方案結溫波動比IGBT低6℃(文檔2, Fig.8),提升可靠性。
(2) 提升系統(tǒng)效率與經濟性
| 指標 | SiC方案 | IGBT方案 | 收益 |
|---|---|---|---|
| 額定效率 | 99.03%(文檔2) | 98.58%(文檔2) | 單周期效率提升0.45% |
| 濾波電感體積 | 142μH(文檔2) | 223μH(文檔2) | 體積減小36%,降低成本 |
| 器件數(shù)量 | 兩電平拓撲 | 三電平NPC拓撲 | 功率器件減少50%(文檔2) |
經濟性測算:以125kW PCS為例,效率提升0.45% ≈ 每年多放電562.5kWh(按充放電300次/年),直接增加收益。
(3) 高頻化實現(xiàn)高功率密度
開關頻率提升:32kHz(SiC)vs 20kHz(IGBT),濾波電感體積/重量顯著降低。
散熱優(yōu)化:SiC損耗更低 → 散熱器尺寸減小 → 整機功率密度提升30%以上。
(4) 應對離網諧波挑戰(zhàn)
三次諧波注入調制(文檔1, Page 6):Mn=39msin?(3ωt)Mn=93msin(3ωt)第四橋臂主動抵消零序諧波,結合SiC高頻開關降低輸出電流THD至3.15%(文檔2)。
5. 選型建議
| PCS功率 | 推薦方案 | 理由 |
|---|---|---|
| <100kW | BMF008MR12E2G3 × 6并聯(lián) | 性價比最優(yōu),滿足效率與THD要求 |
| 100-200kW | BMF240R12E2G3 × 4并聯(lián) | 高電流能力減少并聯(lián)數(shù),降低控制復雜度 |
| >200kW | BMF240R12E2G3 + 多重化拓撲 | 兼顧功率擴展與諧波抑制(文檔1提到多重化技術) |
結論
在工商業(yè)儲能PCS中,兩款SiC模塊通過高頻開關能力、低損耗特性及優(yōu)異溫度穩(wěn)定性,完美匹配三相四橋臂變換器對不平衡負載補償、高效率和高功率密度的核心需求:
BMF008MR12E2G3:性價比首選,適合中小功率PCS,降低系統(tǒng)BOM成本。
BMF240R12E2G3:大功率場景優(yōu)選,通過高電流密度和低熱阻提升系統(tǒng)可靠性。最終價值:SiC方案相比IGBT三電平拓撲,在相同THD下可實現(xiàn)更高效率、更小體積和更強不平衡負載能力,全生命周期成本降低10%以上。
審核編輯 黃宇
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