三菱电机SiC MOSFET在工业电源中的应用

SiC器件具有低开关损耗，可以使用更小的散热器，同时可以在更高开关频率下运行，减小磁性元件体积。采用SiC器件的工业电源，可以实现高效率和高功率密度。三菱电机开发了一系列适合工业电源应用的SiC MOSFET模块，本章节带你详细了解。

1 产品介绍

三菱电机于2013年开始量产第一代SiC模块。为了进一步提高工业电源设备的效率，实现小型化和减轻重量，我们开发了第二代工业用SiC模块并已批量生产。第二代工业用SiC模块如下表1所示，包含额定电压1200V和1700V，电流等级从300A到1200A。

表1：第二代SiC MOSFET模型

2产品性能

2.1 低损耗

以表1的1200V/400A SiC模块FMF400DY-24B为例，在相同的工况下（VCC=600V. Io=200Arms, PF=0.8, Modulation=1, SPWM调制），与Si IGBT器件（1200V/450A, CM450DY-24T）相比，损耗可以降低大概70%(如图1), 从而散热系统的体积可以减小。如果设定在相同的运行结温（图1中红点），那么SiC模块FMF400DY-24B的开关频率可以提升至原来的6倍，也即90kHz，这样变流器输出波形会变得更加平滑。

图1：Si IGBT模块与SiC MOSFET模块对比

2.2 低内部杂散电感

为了降低SiC模块的内部杂散电感，表1所示的1200V/600A SiC模块FMF600DXE-24BN和1700V/600A SiC模块FMF600DXE-34BN采用主端子叠层设计，使PN之间的杂散电感从传统封装的17nH降低为9nH（如下图2），带来更快的开关速度及更低的浪涌电压。

图2：NX封装SiC MOSFET模块

3产品应用

铁路列车辅助变流器（APS，Auxiliary Power Supply）正朝着小型化、轻量化的趋势发展，用高频变压器替代传统的工频变压器，可以减小APS的体积、重量及THD，并提高效率。高频APS的典型拓扑如下图3所示。前级的三电平DC/DC变换、中间环节的隔离DC/DC变换及输出逆变的DC/AC所使用的开关器件均可以采用SiC器件。

图3：一种高频APS拓扑

随着数据中心产业规模的逐渐增长，其供电电源高能耗的问题也日益凸显。SST（Solid-state transformers，固态变压器）采用模块化设计，具有控制灵活、无功补偿、效率高、新能源可接入等优点，是数据中心供电系统的重要发展方向。其典型拓扑如下图4所示。如果开关器件采用SiC器件，同样可以提升变换效率。同时SiC器件的高频运行特性可以减小变压器体积，提高系统功率密度。

图4：一种SST拓扑

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<关于三菱电机>

三菱电机创立于1921年，是全球知名的综合性企业。截止2025年3月31日的财年，集团营收55217亿日元（约合美元368亿）。作为一家技术主导型企业，三菱电机拥有多项专利技术，并凭借强大的技术实力和良好的企业信誉在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据重要地位。尤其在电子元器件市场，三菱电机从事开发和生产半导体已有69年。其半导体产品更是在变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车、模拟/数字通讯以及有线/无线通讯等领域得到了广泛的应用。