逆变焊机国产SiC碳化硅模块全面取代IGBT模块的损耗计算

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倾佳电子杨茜以NB500系列输入功率29KVA的逆变焊机应用为例做国产SiC碳化硅模块BMF80R12RA3和英飞凌高频IGBT模块FF150R12KS4的模拟损耗仿真对比：

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！
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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！
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技术说明：BASiC-BMF80R12RA3（SiC MOSFET模块）替代Infineon-FF150R12KS4（IGBT模块）一、深度技术优势分析（BASiC-BMF80R12RA3 SiC MOSFET模块）更低的导通损耗
RDS(on)@25°C仅15mΩ（BMF80R12RA3），而IGBT的饱和压降为3.2–3.7V@150A（FF150R12KS4）。
导通损耗公式：
SiC MOSFET模块：Pcond​=I2×RDS(on)​
IGBT模块：Pcond​=I×VCE(sat)​
以80A负载为例：
SiC模块导通损耗：802×0.015=96 W802×0.015=96W
IGBT模块导通损耗：80×3.5=280 W80×3.5=280W
SiC导通损耗仅为IGBT的34%。
更低的开关损耗
SiC MOSFET模块的Eon + Eoff@80A仅43.5µJ（BMF80R12RA3），而IGBT模块的Eon + Eoff@150A高达25.5mJ（FF150R12KS4）。
高频下（如50kHz），开关损耗占主导，SiC的快速开关特性可显著降低总损耗。
更高的工作温度能力
SiC模块的最高结温175°C（BMF80R12RA3），IGBT模块仅支持125°C（FF150R12KS4），高温环境下可靠性更优。
更优的反向恢复特性
SiC MOSFET模块体二极管的反向恢复电荷Qrr​仅38.9µC（BMF80R12RA3），而IGBT模块配套二极管的Qrr​高达24µC@125°C（FF150R12KS4），反向恢复损耗更低。

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二、NB500系列逆变焊机（29KVA）损耗仿真对比假设逆变焊机参数：
输入功率：29kVA（等效输出电流约240A @ 120V）
开关频率：50kHz
负载率：60%
1. 导通损耗对比模块导通损耗公式计算结果（单管）总损耗（双管并联）
BMF80R12RA3（SiC模块）1202×0.0151202×0.015 216W 432 W
FF150R12KS4（IGBT模块）120×3.5120×3.5 420W 840 W
2. 开关损耗对比模块单次开关能量（Eon+Eoff）总开关次数/周期总开关损耗（50kHz）
BMF80R12RA3（SiC模块）43.5µJ2（半桥）43.5×10−6×50,000×2=4.35 W43.5×10−6×50,000×2=4.35W
FF150R12KS4（IGBT模块）25.5mJ2（半桥）25.5×10−3×50,000×2=2,550 W25.5×10−3×50,000×2=2,550W
3. 总损耗对比模块总导通损耗总开关损耗合计总损耗效率提升（相比IGBT）
BMF80R12RA3（SiC模块）432 W 4.35 W 436.35 W 82.4%
FF150R12KS4（IGBT模块）840 W 2,550 W 3,390 W

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三、结论技术优势总结
SiC MOSFET模块在高频、高温、高能效场景下显著优于IGBT模块，尤其适合逆变焊机的高开关频率需求。
其低导通电阻、快速开关特性可将系统效率提升至97%以上，而IGBT模块系统效率仅约90%。
应用建议
在NB500系列逆变焊机中，采用BMF80R12RA3可减少散热设计压力，降低总损耗约2.9kW，显著提升功率密度和可靠性。
需注意SiC模块的驱动电路需匹配高开关速度（如±18V/-4V门极电压），并优化布局以降低寄生电感。
BASiC基本股份针对SiC碳化硅MOSFET模块多种应用场景研发推出门极驱动芯片，可适应不同的功率器件和终端应用。BASiC基本股份的门极驱动芯片包括隔离驱动芯片和低边驱动芯片，绝缘最大浪涌耐压可达8000V，驱动峰值电流高达正负15A，可支持耐压1700V以内功率器件的门极驱动需求。
BASiC基本股份低边驱动芯片可以广泛应用于PFC、DCDC、同步整流，反激等领域的低边功率器件的驱动或在变压器隔离驱动中用于驱动变压器，适配系统功率从百瓦级到几十千瓦不等。
BASiC基本股份推出正激 DCDC 开关电源芯片BTP1521xx，该芯片集成上电软启动功能、过温保护功能，输出功率可达6W。芯片工作频率通过OSC 脚设定，最高工作频率可达1.5MHz，非常适合给隔离驱动芯片副边电源供电。


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或者隔离驱动BTD5350系列。
最终推荐： 在NB500系列 29kVA逆变焊机中，基本股份BASiC-BMF80R12RA3 SiC MOSFET模块是更优选择，可显著提升能效与系统寿命。