國產碳化硅功率器件賦能飛跨電容MPPT方案取代2000V器件兩電平升壓方案

一、飛跨電容三電平技術的專利歸屬與特色

1. 專利歸屬：中國企業主導核心技術布局

飛跨電容三電平技術近年來在中國企業中快速發展，多個核心專利由國內企業持有，尤其在控制方法、拓撲優化和實際應用場景中展現了顯著優勢：

陽光電源：2024年公布了國際專利“飛跨電容三電平DCDC變換器、光伏系統及控制方法”（PCT/CN2023/092676），重點解決光伏系統中飛跨電容的電壓控制與能量轉換效率問題。

上能電氣：2024年獲得專利“基于混合邏輯驅動的變換器電流控制方法及裝置”（CN115473417B），通過軟件算法優化飛跨電容電壓穩定性，降低硬件成本。

英威騰：2024年實用新型專利“一種三電平升壓電路及三電平升壓變換器”（CN202320984820.3）提出預充電保護機制，避免電壓應力損壞器件，提升系統可靠性。

這些專利覆蓋了飛跨電容三電平的關鍵技術環節，包括拓撲設計、控制算法和系統集成，顯示中國企業在該領域的自主研發能力。

2. 技術特色：高效能與靈活性的結合

飛跨電容三電平的核心優勢體現在其拓撲結構和控制邏輯的創新：

諧波抑制與電能質量：通過多電平調制，輸出波形更接近正弦波，諧波含量顯著低于傳統兩電平方案，電能質量提升（THD降低30%以上）。

動態控制優化：如陽光電源的專利通過自適應控制算法平衡電容電壓，而上能電氣的混合邏輯驅動技術結合軟件控制，實現逐脈沖限流，降低對硬件電容容值的依賴。

適應高壓場景：支持更高母線電壓（如400V及以上），在光伏、新能源汽車等高壓系統中減少開關損耗，效率提升2%-5%。

二、國際飛跨電容三電平升壓專利到期后的技術優勢與國產碳化硅器件的協同效應

1. 國際飛跨電容三電平升壓專利到期后的技術擴散與成本優化

隨著國際飛跨電容三電平升壓專利到期，飛跨電容三電平升壓技術將更廣泛普及，結合國產碳化硅器件的成熟，形成以下優勢：

成本下降：國產碳化硅襯底產能擴張（如2025年全球占比超50%）推動器件成本降低，抵消飛跨電容方案中電容成本較高的短板。

性能提升：碳化硅的高擊穿場強（硅的10倍）和耐高溫特性，使三電平拓撲的開關頻率可提升至100kHz以上，進一步縮小無源元件體積。

2. 取代進口2000V碳化硅器件兩電平方案的核心邏輯

采用國產碳化硅器件的飛跨電容三電平MPPT方案，在以下方面全面超越進口2000V碳化硅器件傳統兩電平方案：

效率與損耗：

2000V碳化硅器件傳統兩電平兩電平方案：高壓下開關損耗大，效率通常低于95%，且需復雜散熱設計。

三電平+國產碳化硅：開關損耗減少50%以上，系統效率可達98%以上，散熱需求簡化。

系統體積與成本：

碳化硅器件的高頻特性允許使用更小的電感和電容，系統體積減少30%-40%。

國產8英寸碳化硅襯底量產（如天科合達、爍科晶體）使單片芯片數增加90%，單位成本較進口低30%-40%。

可靠性驗證：

國產碳化硅器件車規級產品批量應用，證明其高可靠性。

三、產業生態與未來趨勢

1. 產業鏈協同：從材料到應用的閉環

材料端：國產8英寸襯底突破（2023-2024年）推動碳化硅器件成本持續下降，預計2027年市場規模達100億美元。

應用端：光伏、新能源汽車等場景需求激增，400-800V高壓平臺加速普及，碳化硅SiC模塊方案成為主流選擇。

2. 技術迭代方向

應用生態：BASiC基本股份針對SiC碳化硅MOSFET多種應用場景研發推出門極驅動芯片，可適應不同的功率器件和終端應用。BASiC基本股份的門極驅動芯片包括隔離驅動芯片和低邊驅動芯片，絕緣最大浪涌耐壓可達8000V，驅動峰值電流高達正負15A，可支持耐壓1700V以內功率器件的門極驅動需求。

BASiC基本股份低邊驅動芯片可以廣泛應用于PFC、DCDC、同步整流，反激等領域的低邊功率器件的驅動或在變壓器隔離驅動中用于驅動變壓器，適配系統功率從百瓦級到幾十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 開關電源芯片BTP1521P,BTP1521F，該芯片集成上電軟啟動功能、過溫保護功能，輸出功率可達6W。芯片工作頻率通過OSC 腳設定，最高工作頻率可達1.5MHz，非常適合給隔離驅動芯片副邊電源供電。

對SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅動電壓的需求，BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅動IC BTL27524或者隔離驅動BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。

12英寸襯底研發：長期來看，更大尺寸襯底將推動國產碳化硅器件成本低于硅基器件，徹底替代兩電平方案。

四、結論：技術突破與市場驅動的雙重紅利

飛跨電容三電平技術通過國產專利布局與碳化硅器件的協同創新，實現了從“跟隨”到“引領”的跨越。技術普及與成本下降將加速其在高壓、高功率場景的應用。國產碳化硅功率器件的成熟，不僅解決了傳統兩電平方案的效率瓶頸，更通過產業鏈垂直整合（IDM模式）構建了可持續競爭力。未來，隨著碳化硅成本持續下探，該方案有望成為新能源電力電子系統的標配，重塑全球產業格局。

審核編輯 黃宇