重新应用 BJT：在光伏逆变器中运用新型SiC BJT 可实现更低的系统成本

减小滤波器的尺寸

在更高的开关频率下运行，可降低无源元件的成本。 为了进一步提高功率密度，我们着眼于改善滤波器电感的方法。 在评估了各种核心材料的能力后，我们选择了一种使用 Vitroperm 500 F(一种薄夹层式纳米晶体材料)制成的新型磁芯材料。 该材料产生的损耗低，且在高频率下运转良好。 此外也可在高饱和磁通值下运行，这意味着该材料比类似的铁氧体磁芯(图 2 右侧)要小得多。 使用 Virtoperm 磁芯构成的滤波电感器，约为参照系统的四分之一大小。

图 2 显示了在最大电流纹波(40%)下对于不同材料将电感器尺寸作为开关频率函数的因素。 在此，我们假设电感量近似为电感值，而这又取决于峰值磁通密度和开关频率。 在达到指定的临界点(在 100mW/cm 时定义的特定损耗3)后，需要降低峰值磁通量以避免过热，从而在该点之外运行将不会导致其大小显著减小。 频率一定时，Vitroperm500F 可在所有材料中实现最佳性能。

图 2. 用作频率函数的不同芯材的电感器大小，以及与 Vitroperm 和铁氧体磁芯的大小比较

图 3 显示了测得的效率级，包括采用两阶段解决方案的驱动损耗。 根据计算得出的损耗分布如下图曲线所示。 该系统可以在没有达到临界温度或饱和度的情况下达到高电流负载。 该两阶段驱动解决方案会将驱动损耗降低至输入功率的 0.02% 左右。 整体损耗更低使得所需的散热片尺寸减小，且更高的开关频率允许使用更小的过滤器元件。 所有这些特性最终有助于降低系统成本。

图 3. 48 kHz 时的效率和驱动损耗，以及原型图

结论

碳化硅赋予 BJT 新的生命。 与基于硅的前代产品不同，碳化硅 BJT 可实现低传导损耗、高击穿场强度，并且可在更广泛的温度范围内稳定运行。 在驱动器电路中使用两个电源电压，可降低驱动损耗，实现良好效率。 更高的开关频率允许使用更小的电感器，从而在系统级实现显著的成本节约。 高压应用(如光伏逆变器)将受益于高功率密度、更低系统成本和简易的设计，因此 SiC BJT 成为极具吸引力的替代产品。