逆变器应用中国产SiC单管替代进口IGBT单管损耗计算对比

国产SiC单管替代进口IGBT单管在125kW储能变流器逆变损耗计算对比以及国产SiC单管替代进口IGBT单管趋势分析：

一、关键参数提取与对比

以下为BASiC基本股份(BASiC Semiconductor) 国产SiC MOSFET（B3M013C120Z）与进口英飞凌IGBT（IKQ140N120CH7）在125kW储能变流器中的关键参数对比（基于数据手册典型值）：

参数SiC MOSFET IGBT

导通电阻/饱和电压

RDS(on)​=13.5 mΩ（25°C）

RDS(on)​=24 mΩ（175°C）

VCESat​=1.7 V（25°C）

VCESat​=2.15 V（175°C）

开关能量（单次）Eon​=520μJ, off​=1110μJ（800V, 60A）

Eon​=8.84 mJ, Eoff​=3.38 mJ（600V, 140A）

反向恢复电荷Qrr​=350 nC（25°C）Qrr​=3.82μC（25°C）

热阻（结-壳）Rth(j−c)​=0.20 K/W Rth(j−c)​=0.16 K/W（IGBT）

二、125kW储能变流器逆变损耗仿真

假设条件：

直流母线电压 VDC​=800 V，输出功率 P=125 kW，开关频率 fsw​=50 kHz。

系统效率需求 >98%，环境温度 Tj​=175∘C。

1. 导通损耗计算

SiC MOSFET：

Pcond, SiC​=Irms2​⋅RDS(on)​=(156.25)2⋅0.024=585 W

IGBT：

Pcond, IGBT​=Iavg​⋅VCESat​=156.25⋅2.15=336 W

2. 开关损耗计算

SiC MOSFET：

Psw, SiC​=(Eon​+Eoff​)⋅fsw​=(520+1110)⋅10−6⋅50000=81.5 W

IGBT：

Psw, IGBT​=(Eon​+Eoff​)⋅fsw​=(8.84+3.38)⋅10−3⋅50000=611 W

3. 反向恢复损耗计算

SiC MOSFET：反向恢复损耗可忽略（SiC无体二极管拖尾效应）。

IGBT：

Prr​=Qrr​⋅VDC​⋅fsw​=3.82⋅10−6⋅800⋅50000=153 W

4. 总损耗对比

损耗类型SiC MOSFET IGBT

导通损耗585 W 336 W

开关损耗81.5 W 611 W

反向恢复损耗0 W 153 W

总损耗666.5 W 1,100 W

系统效率99.47% 99.12%

三、国产SiC替代进口IGBT的必然趋势

1. 性能优势

高频能力：

BASiC基本股份(BASiC Semiconductor) SiC MOSFET的开关速度（<100ns）远快于IGBT（>500ns），支持50kHz以上高频运行，显著减小磁性元件（电感、变压器）体积，提升功率密度。

效率提升：

BASiC基本股份(BASiC Semiconductor) SiC在50kHz下的总损耗比IGBT低40%，效率提升0.35%，对于MW级储能系统，年发电量增益可达数万度。

高温稳定性：

BASiC基本股份(BASiC Semiconductor) SiC的 RDS(on)​ 随温度变化平缓（25°C175°C仅增加78%），而IGBT的 VCESat​ 上升26%，高温下效率衰减更小。

2. 成本与供应链

国产化降本：

国内SiC衬底产能（如天岳先进、天科合达）快速扩张，2025年国产SiC器件成本（如BASiC基本股份）已经与进口IGBT的价格持平，但是采用国产SiC的电源系统级成本（散热、滤波）节省20%以上。

BASiC基本股份针对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提供正负压供电。

对于碳化硅MOSFET单管及模块+18V/-4V驱动电压的需求，BASiC基本股份提供自研电源IC BTP1521P系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524或者隔离驱动BTD5350MCWR(支持米勒钳位)。

供应链安全：

IGBT核心技术长期被英飞凌、富士等外企垄断，国产SiC（如BASiC基本股份）突破“卡脖子”环节，保障新能源产业供应链安全。

BASiC基本股份自2017年开始布局车规级SiC碳化硅器件研发和制造，逐步建立起规范严谨的质量管理体系，将质量管理贯穿至设计、开发到客户服务的各业务过程中，保障产品与服务质量。比如BASiC基本股份分别在深圳、无锡投产车规级SiC碳化硅芯片产线（深圳基本半导体）和汽车级SiC碳化硅功率模块（无锡基本半导体）专用产线；比如BASiC基本股份自主研发的汽车级SiC碳化硅功率模块已收获了近20家整车厂和Tier1电控客户的30多个车型定点，BASiC基本股份是国内第一批SiC碳化硅模块量产上车的头部企业。

3. 政策与市场需求

双碳目标驱动：

SiC被列为重点突破领域，光伏、储能、电动汽车等场景需求爆发。

高频化趋势：

储能变流器向高频化、模块化发展，SiC的高频低损特性成为刚性需求，IGBT已接近材料物理极限。

4. 技术成熟度

国产SiC进展：

基本半导体B3M013C120Z参数对标英飞凌CoolSiC，全面替代进口IGBT单管或者模块，已通过车规级认证，并在国内电力电子头部企业批量应用。

可靠性验证：

国产SiC模块（如BASiC基本股份）的MTTF（平均无故障时间）>100万小时，与进口产品持平，满足工业级可靠性要求。

四、结论

在125kW储能变流器中，国产SiC MOSFET（如BASiC基本股份）在50kHz高频场景下的总损耗比进口IGBT低40%，系统效率提升0.35%，且具备更优的高温稳定性和体积优势。随着国产SiC产业链（如BASiC基本股份）的成熟与成本下降，其替代进口IGBT的进程将加速。未来3-5年，SiC将成为中高压储能变流器的主流选择，推动新能源电力电子设备向高效、紧凑、智能化方向发展。