傾佳電力電子系統(tǒng)中共模電壓和共模電流的深度研究及SiC功率器件的抑制貢獻(xiàn)

傾佳電子（Changer Tech）是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國(guó)工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向，并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?

傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊，助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)！

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然，勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭：

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)！

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)！

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢(shì)！

I. 引言：電力電子系統(tǒng)共模干擾問題的挑戰(zhàn)與SiC技術(shù)定位

A. 電力電子系統(tǒng)中共模電壓和共模電流的定義與重要性

在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中，共模電壓（CMV）和共模電流（CMC）是脈沖寬度調(diào)制（PWM）變流器固有的高頻電磁干擾（EMI）形式。CMV通常定義為三相輸出端電壓相對(duì)于直流母線中點(diǎn)或系統(tǒng)地電位的平均值 VCM?=(VA0?+VB0?+VC0?)/3 。當(dāng)開關(guān)器件快速切換時(shí)，CMV會(huì)產(chǎn)生快速的電壓階躍（高 dv/dt），并通過(guò)電路中的寄生電容耦合到系統(tǒng)地或電機(jī)外殼，形成CMC回路 。

CMC的危害是多方面的，它不僅會(huì)干擾敏感的控制和通信設(shè)備（例如車載CAN網(wǎng)絡(luò)和FlexRay），導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降，還是引發(fā)電機(jī)軸承電流腐蝕、加速電機(jī)繞組絕緣老化、并最終限制系統(tǒng)開關(guān)頻率和功率密度的核心因素。特別是在電動(dòng)汽車（EVs）等高功率、高密度應(yīng)用中，研究表明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)所需的電磁兼容（EMC）能力，迫切需要采取有效的抑制措施 。

B. SiC功率器件的變革性優(yōu)勢(shì)：高頻、高效率、高密度

碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，因其卓越的物理特性，正在引發(fā)電力電子系統(tǒng)的深刻變革。SiC MOSFET具有比傳統(tǒng)硅（Si）器件高約十倍的介電擊穿強(qiáng)度和更高的熱導(dǎo)率 。這些特性使得SiC器件能夠支持更高的工作電壓、實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通損耗，并允許在更高的結(jié)溫（高達(dá) 175°C）下穩(wěn)定運(yùn)行，遠(yuǎn)超硅基晶體管通常 150°C 的最大額定值 。

SiC器件的核心優(yōu)勢(shì)在于其極高的開關(guān)速度和低開關(guān)損耗。SiC MOSFET集成了傳統(tǒng)MOSFET的柵極控制優(yōu)勢(shì)和Si IGBT的高功率處理能力，使得系統(tǒng)開關(guān)頻率能夠提升到數(shù)百kHz甚至MHz級(jí)別，從而顯著提高功率密度，減小無(wú)源元件（如電容和電感）的體積和重量，并提供優(yōu)于Si基解決方案的效率和成本潛力 。

C. SiC在共模干擾抑制中扮演的關(guān)鍵角色

盡管SiC技術(shù)通過(guò)提升效率和功率密度帶來(lái)了巨大的系統(tǒng)效益，但其極快的開關(guān)速度（即高 dv/dt）本身也是CMV和CMC的強(qiáng)大激勵(lì)源。系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)是如何在利用SiC高效率特性的同時(shí)，有效抑制其產(chǎn)生的高頻噪聲。

SiC器件對(duì)共模干擾的真正貢獻(xiàn)在于提供了一套可控的參數(shù)，允許設(shè)計(jì)者在效率和EMC性能之間進(jìn)行精細(xì)的權(quán)衡。通過(guò)優(yōu)化SiC器件的核心參數(shù)（如寄生電容、反向恢復(fù)電荷）和先進(jìn)的系統(tǒng)級(jí)封裝（如降低雜散電感），工程師可以精確調(diào)控開關(guān)瞬態(tài)波形，從而從源頭上削弱共模干擾的激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)EMC和性能的整體優(yōu)化。

II. 共模電壓與共模電流的理論基礎(chǔ)及生成機(jī)制

A. 共模電壓的拓?fù)鋵W(xué)起源：PWM調(diào)制下的中點(diǎn)電壓漂移

共模電壓主要源于三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及PWM調(diào)制策略的固有特性。在標(biāo)準(zhǔn)的二電平電壓源逆變器（VSI）中，當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）等策略時(shí)，逆變器的輸出端電壓 VA0?,VB0?,VC0? 會(huì)在直流母線正極 VDC? 和負(fù)極 0 之間切換。當(dāng)開關(guān)器件處于非零矢量狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的共模電壓電平。例如，在 VDC? 為直流母線電壓時(shí)，CMV可以階躍變化到 VDC?/3, 2VDC?/3, 0 甚至 VDC? 。這些快速的階躍變化是共模噪聲的主要激勵(lì)源。

針對(duì)復(fù)雜的拓?fù)洌鐟?yīng)用于儲(chǔ)能變流器PCS等高功率場(chǎng)合的T型逆變器，其共模電壓的生成和傅里葉表達(dá)式更為復(fù)雜 。然而，無(wú)論拓?fù)淙绾巫兓珻MV產(chǎn)生的根本原因都?xì)w結(jié)于PWM控制下開關(guān)器件的快速切換導(dǎo)致的電壓節(jié)點(diǎn)相對(duì)于系統(tǒng)地的快速電位變化 ( dv/dt)。

B. 傳導(dǎo)共模電流的寄生網(wǎng)絡(luò)模型

共模電流 ICM? 是由CMV通過(guò)寄生耦合路徑驅(qū)動(dòng)形成的。主要耦合路徑包括功率器件的散熱器/基板到系統(tǒng)地之間的寄生電容 Cpg,HS?、電纜屏蔽層到地之間的電容，以及電機(jī)繞組到機(jī)殼之間的電容 Cw?g? 。CMV激勵(lì)源產(chǎn)生的 dv/dt 速率越高，通過(guò)這些電容耦合路徑產(chǎn)生的位移電流 ICM?≈Cpg??dv/dt 幅值就越大。

隨著電力電子系統(tǒng)開關(guān)頻率的提高，CM回路的阻抗 ZC?=1/(jωCpg?) 顯著降低。由于CM電流的頻譜主要由PWM基頻及其高次諧波決定，提高開關(guān)頻率直接意味著CMV激勵(lì)源的頻率成分向更高頻延伸，容性耦合路徑的低阻抗特性導(dǎo)致CMC的幅值急劇增加。在新能源汽車應(yīng)用中，這種高頻CMC脈沖在長(zhǎng)電纜中傳播時(shí)，還會(huì)轉(zhuǎn)換為輻射干擾，嚴(yán)重影響電磁兼容性 。

C. 高頻開關(guān)瞬態(tài)行為與共模激勵(lì)源的耦合

開關(guān)瞬態(tài)是共模干擾產(chǎn)生的關(guān)鍵時(shí)刻。除了由電壓快速變化（dv/dt）驅(qū)動(dòng)的CMV耦合外，換流回路中電流的快速變化（di/dt）也會(huì)產(chǎn)生CMC。

換流回路中不可避免的雜散電感 Lσ?（例如功率模塊引腳和DC母線電容之間的連接）與器件的輸出電容 Coss? 會(huì)形成寄生諧振回路。在器件開通和關(guān)斷期間，高 di/dt 會(huì)在 Lσ? 上產(chǎn)生電壓尖峰 Vspike?=Lσ??di/dt。這些尖峰電壓具有超高頻振蕩成分，通過(guò)寄生電容耦合，形成脈沖式的共模電流。

此外，盡管先進(jìn)的PWM算法（例如調(diào)制波移相PWM）在理論上可以實(shí)現(xiàn)零CMV輸出 ，但在實(shí)際工程中，為防止橋臂短路而引入的死區(qū)時(shí)間（Dead Time）是必不可少的 。死區(qū)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致橋臂中點(diǎn)電壓暫時(shí)處于浮動(dòng)狀態(tài)，這種不確定性會(huì)重新引入尖銳的共模電壓瞬態(tài)尖峰，可能使原本設(shè)計(jì)用于抑制CMV的調(diào)制算法失效 。因此，系統(tǒng)必須具備對(duì)這些瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行精確和快速控制的能力。

III. SiC MOSFET高頻特性對(duì)共模生成源的解耦分析

A. 器件寄生電容對(duì)共模耦合的決定性影響

SiC MOSFET的設(shè)計(jì)從根本上改善了器件的寄生電容特性，從而有效減弱了共模電壓的耦合。在開關(guān)過(guò)程中，反向傳輸電容 Crss?（柵極-漏極電容）是最關(guān)鍵的參數(shù)，它決定了器件的開關(guān)速度和米勒平臺(tái)效應(yīng)。在CMV產(chǎn)生的物理模型中， Crss? 是高 dv/dt 激勵(lì)耦合回柵極驅(qū)動(dòng)回路的主要通路。

由于SiC材料的高電場(chǎng)強(qiáng)度特性，同等耐壓等級(jí)下SiC MOSFET的漂移層厚度更薄，使得其寄生電容遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的Si IGBT 。例如，針對(duì)750 V/240 A等級(jí)的BASiC B3M010C075Z SiC MOSFET，其典型 Crss? 僅為 19 pF 。即使是更大功率的1200 V/240 A模塊BMF240R12E2G3，其 Crss? 典型值也僅為 0.03nF (30 pF) 。

極低的 Crss? 意味著在器件承受高 dv/dt 作用時(shí)，耦合回柵極的位移電流 IG?=Crss??dv/dt 非常小。這種特性顯著抑制了米勒平臺(tái)效應(yīng)，使得柵極電壓能夠更快地上升和下降，從而實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度，同時(shí)也增強(qiáng)了器件對(duì)高 dv/dt 瞬態(tài)誤觸發(fā)的抗干擾能力。對(duì)于 1200 V/180 A 的分立器件 B3M013C120Z，其 Crss? 典型值甚至低至 14.0 pF ，這使其在需要極致高頻開關(guān)的應(yīng)用中具有卓越的共模噪聲抑制能力。

值得注意的是，在追求超低導(dǎo)通電阻 RDS(on)? 的大電流模塊設(shè)計(jì)中，需要更大的芯片面積，這可能導(dǎo)致寄生電容略有增加。例如，BMF240R12E2G3模塊的 RDS(on)? 降至 5.5mΩ，但其 Crss? 增至 30.0pF 。這種權(quán)衡關(guān)系突出表明，在高功率SiC設(shè)計(jì)中，降低傳導(dǎo)損耗是以犧牲部分CMV抑制能力（因 Crss? 增大）為代價(jià)的，因此更依賴于系統(tǒng)級(jí)寄生電感優(yōu)化。

B. 開關(guān)速度(dv/dt)的內(nèi)在矛盾與優(yōu)化控制

SiC MOSFET的固有開關(guān)時(shí)間極短，例如BMF240R12E2G3模塊在 150°C 下的上升時(shí)間 tr? 僅為 17.5ns（RG(on)?=2.2Ω）。這種速度會(huì)產(chǎn)生極高的 dv/dt，雖然有利于提高效率，但同時(shí)也使得CMV頻譜向更高的頻率（數(shù)MHz到數(shù)十MHz）延伸。這種高頻噪聲會(huì)增加EMI濾波器的設(shè)計(jì)難度。

SiC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它提供了對(duì)開關(guān)速度的精確調(diào)控機(jī)制。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)調(diào)節(jié)外部串聯(lián)門極電阻 RG(ext)? 來(lái)控制 dv/dt 和 di/dt，從而在開關(guān)損耗和共模噪聲頻譜之間找到最優(yōu)平衡點(diǎn) 。數(shù)據(jù)表明，隨著外部柵極電阻 RG(ext)? 的增加，分立器件（如B3M010C075Z）的開關(guān)時(shí)間（tr?,tf?）和開關(guān)能量 (Eon/off?) 均會(huì)增加 。這種直接的調(diào)控手段允許設(shè)計(jì)人員在保證系統(tǒng)效率遠(yuǎn)高于Si IGBT的同時(shí)，“柔化”開關(guān)波形，有效抑制高 dv/dt 瞬態(tài)產(chǎn)生的CMV尖峰。

C. SiC體二極管與SBD的零反向恢復(fù)特性對(duì)CMC的抑制

在橋式逆變器拓?fù)渲校瑩Q流回路中續(xù)流二極管的反向恢復(fù)過(guò)程是產(chǎn)生高頻 di/dt 尖峰和后續(xù)振蕩的主要來(lái)源。傳統(tǒng)Si IGBT模塊通常需要使用快速恢復(fù)二極管（FRD），但仍然存在較大的反向恢復(fù)電荷 Qrr? 和反向恢復(fù)電流 Irm?。

相比之下，SiC MOSFET的體二極管或內(nèi)置/外置的SiC肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）具有近乎零的反向恢復(fù)特性 。零 Qrr? 意味著在換流時(shí)幾乎沒有“拖尾電流” 來(lái)激勵(lì)功率回路中的 Lσ??Coss? 諧振回路。

量化數(shù)據(jù)清晰地顯示了SiC的優(yōu)勢(shì)：B3M010C075Z分立器件在 25°C 下的 Qrr? 典型值僅為 460nC，反向恢復(fù)時(shí)間 trr? 僅為 20ns 。即使是高功率的BMF240R12E2G3模塊，在 150°C 下 Qrr? 典型值也僅為 1.9μC (1900nC)，且 trr? 極短，為 16.5ns 。

消除或大幅減少 Qrr? 直接抑制了由換流引起的 di/dt 尖峰幅度和高頻振鈴，從而從物理根源上削弱了共模電流的超高頻頻譜成分。然而，即使SiC器件的 Qrr? 極低，其數(shù)值在高結(jié)溫下仍會(huì)顯著增加。例如，BMF80R12RA3模塊的 Qrr? 從 25°C 時(shí)的 0.3μC 增加到 175°C 時(shí)的 1.6μC 。這表明熱管理性能（如 Rth(j?c)?）與EMC性能的穩(wěn)定性直接相關(guān)，需要通過(guò)優(yōu)秀的熱設(shè)計(jì)來(lái)維持低結(jié)溫，以確保 Qrr? 在整個(gè)工作范圍內(nèi)保持最低水平。

IV. 基于SiC器件的系統(tǒng)級(jí)共模抑制技術(shù)與工程實(shí)踐

A. 功率器件封裝技術(shù)對(duì)寄生參數(shù)的最小化

為了最大限度地利用SiC器件的開關(guān)速度優(yōu)勢(shì)并同時(shí)控制CMV/CMC，先進(jìn)的封裝技術(shù)至關(guān)重要。

Kelvin源連接的應(yīng)用 SiC MOSFET通常采用四引腳（4-pin）封裝，例如TO-247-4封裝 。增加的Kelvin源引腳將功率源回路和柵極驅(qū)動(dòng)回路有效地解耦。這消除了功率回路雜散電感 LS,Power? 對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的負(fù)反饋效應(yīng)。通過(guò)提供一個(gè)干凈的柵極參考電位，驅(qū)動(dòng)器可以更精確地控制器件的 dv/dt 和 di/dt，從而穩(wěn)定地抑制由開關(guān)瞬態(tài)引起的共模峰值。

模塊化封裝中的超低雜散電感設(shè)計(jì) 雜散電感 Lσ? 是高頻CMC抑制中最關(guān)鍵的瓶頸。先進(jìn)的SiC功率模塊采用低電感設(shè)計(jì)，例如通過(guò)優(yōu)化直接覆銅（DBC）基板和母線布局來(lái)最小化換流回路面積。 量化分析顯示，大電流SiC模塊的雜散電感已達(dá)極低水平。例如，BMF240R12E2G3 Pcore模塊在測(cè)試條件下的雜散電感 Lσ? 僅為 20nH 。更大的62 mm封裝模塊（如BMF360R12KA3和BMF540R12KA3）也實(shí)現(xiàn)了 Lσ? 約為 30nH 的低電感 。 這種低 Lσ? 的設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)顯著。相比于傳統(tǒng)IGBT模塊中可能高達(dá) 50-100 nH的 Lσ?，SiC模塊將雜散電感降低了至少一半。在SiC器件極高的 di/dt 瞬態(tài)下，低 Lσ? 極大地限制了產(chǎn)生的電壓尖峰幅值 (V=Lσ??di/dt)，直接削弱了CMV/CMC的高頻激勵(lì)強(qiáng)度。例如，對(duì)于 240A 的電流在 20ns 內(nèi)切換，即使是 20nH 的 Lσ? 仍會(huì)產(chǎn)生高達(dá) 240V 的尖峰電壓，因此低電感封裝對(duì)于管理 SiC 的超快瞬態(tài)是至關(guān)重要的物理基礎(chǔ)。

B. 先進(jìn)的零共模電壓PWM調(diào)制策略

SiC MOSFET的快速響應(yīng)能力是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)CMV抑制算法的基礎(chǔ)。

零向量選擇與CMV控制 傳統(tǒng)的PWM調(diào)制中，使用零電壓矢量（如SVPWM中的 V0?,V7?）通常會(huì)導(dǎo)致最大的共模電壓階躍。零共模電壓調(diào)制算法通過(guò)選擇特定的有效矢量組合或避免使用產(chǎn)生最大CMV的零矢量，可以在理論上消除或大幅減小CMV的階躍變化 。

SiC對(duì)調(diào)制算法精度和速度的賦能 移相PWM等算法在理論上可以實(shí)現(xiàn)零共模電壓輸出，但其在實(shí)際系統(tǒng)中的有效性高度依賴于開關(guān)器件精確的動(dòng)作時(shí)刻和對(duì)死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償 。SiC MOSFET極短的開關(guān)延遲時(shí)間（ td(on/off)?）使得它能夠更精確、更快速地執(zhí)行高頻調(diào)制指令。例如，BMF240R12E2G3模塊在 150°C 下的開通延遲時(shí)間 td(on)? 典型值僅為 40.5ns 。這種高精度時(shí)間控制能力減少了PWM算法執(zhí)行中的時(shí)間誤差，使得基于零共模電壓思想的調(diào)制策略能夠更有效地抑制CMV。

C. 共模濾波器設(shè)計(jì)與SiC工作頻率的匹配考量

由于SiC系統(tǒng)的工作頻率更高（通常在100 kHz到500 kHz），且產(chǎn)生的CMV/CMC頻譜延伸到更高的頻率范圍（數(shù)十MHz），傳統(tǒng)的EMI濾波器設(shè)計(jì)必須進(jìn)行重大調(diào)整。濾波器的截止頻率必須向上移動(dòng)，并且必須針對(duì)這些超高頻成分進(jìn)行優(yōu)化。

這意味著共模扼流圈的設(shè)計(jì)需要采用低寄生電容和低雜散電感的結(jié)構(gòu)，而共模旁路電容必須采用低等效串聯(lián)電感（ESL）的元件。SiC技術(shù)的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)者必須采用系統(tǒng)級(jí)的協(xié)同優(yōu)化方法，確保器件、封裝、調(diào)制策略和濾波器設(shè)計(jì)在寬頻譜范圍內(nèi)保持一致的EMC性能。

V. SiC器件參數(shù)的量化分析及工程應(yīng)用建議

A. 關(guān)鍵SiC MOSFET/模塊參數(shù)對(duì)共模抑制的敏感性分析

SiC器件對(duì)共模干擾的抑制能力是其電氣特性、封裝技術(shù)和熱性能的綜合體現(xiàn)。以下表格總結(jié)了典型SiC器件和模塊的關(guān)鍵參數(shù)，并分析了其對(duì)共模性能的關(guān)聯(lián)性。

表 1: 關(guān)鍵 SiC MOSFET/模塊器件參數(shù)對(duì)比與共模性能相關(guān)性分析

注：部分 Crss? 估算值基于模塊 Coss? 乘以典型 Crss?/Coss? 比值進(jìn)行推算。

B. 典型SiC產(chǎn)品系列在不同應(yīng)用中的共模性能預(yù)測(cè)

對(duì) SiC 器件參數(shù)的分析表明，封裝形式對(duì) CMV/CMC 的抑制性能具有決定性影響。從分立器件（TO-247-4）到模塊（Pcore 2 E2B/62mm Module），雜散電感 Lσ? 從 50nH 左右顯著下降到 20nH 到 30nH 。這種 Lσ? 的量級(jí)下降是 SiC 在高功率應(yīng)用中實(shí)現(xiàn) EMC 優(yōu)化的核心物理基礎(chǔ)，其重要性在很大程度上超越了單個(gè)芯片 Crss? 的微小差異。在高功率電路中，總系統(tǒng)電感主導(dǎo)了瞬態(tài)電壓應(yīng)力和高頻噪聲。

高頻應(yīng)用（如 B3M013C120Z）： 極低的 Crss? (14 pF) 使其在高開關(guān)頻率下具有最佳的抗米勒效應(yīng)能力。如果能配合低雜散電感的PCB設(shè)計(jì)，該器件是實(shí)現(xiàn)極致高頻和低噪聲電源轉(zhuǎn)換器的理想選擇。

中高功率應(yīng)用（如 BMF240R12E2G3）： 該模塊通過(guò) Pcore 封裝實(shí)現(xiàn)了 Lσ? 降至 20nH 的極低水平 。盡管其 Crss? 略高（30 pF），但極低 Lσ? 提供的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)卓越功率密度和EMC性能平衡的關(guān)鍵，使其成為電動(dòng)汽車充電樁和高性能DC-DC轉(zhuǎn)換器的理想選擇。此外，該模塊 VGS(th).typ?=4.0V 的高閾值電壓 提高了器件對(duì)高 dv/dt 耦合引起的共模電壓的抗誤開通能力，增強(qiáng)了高頻開關(guān)環(huán)境下的可靠性。

特大功率應(yīng)用（如 BMF540R12KA3）： 此類模塊追求極低 RDS(on)? (2.5 mΩ) 以換取更高的電流容量，但代價(jià)是 Crss? (約 70pF) 和 Qrr? ( 9.5μC @ 175°C ) 增大。在這些應(yīng)用中，CMC/CMV的挑戰(zhàn)最為突出，必須依賴先進(jìn)的零共模 PWM 策略 和精心設(shè)計(jì)的共模濾波器，來(lái)彌補(bǔ)器件本身在寄生耦合上放大的傾向。

C. 針對(duì)特定高功率應(yīng)用的共模抑制方案推薦

針對(duì)電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)等高功率應(yīng)用，共模抑制必須從系統(tǒng)級(jí)集成設(shè)計(jì)入手：

利用零反向恢復(fù)特性： 推薦采用內(nèi)置SiC肖特基二極管（SBD）或共封裝SiC MOSFET/SBD的模塊 ，最大限度地利用SiC的零

Qrr? 優(yōu)勢(shì)。這能夠消除換流瞬態(tài)的CMC激勵(lì)，特別是對(duì)于大功率模塊，即使在 175°C 高溫下，SiC的 Qrr? 仍遠(yuǎn)低于Si IGBT。

熱與電磁耦合的協(xié)同優(yōu)化： 功率模塊應(yīng)采用先進(jìn)的基板技術(shù)，如 Si3?N4? 陶瓷基板和銅基板 。這些材料具有優(yōu)異的熱循環(huán)能力和導(dǎo)熱性能，能夠提供更低的結(jié)到殼熱阻 Rth(j?c)? (例如BMF240R12E2G3的 Rth(j?c)?=0.09K/W) 。良好的熱設(shè)計(jì)有助于維持較低的結(jié)溫，限制

Qrr? 在高溫下的增加，從而間接穩(wěn)定系統(tǒng)的EMC行為。

精細(xì)的開關(guān)波形控制： 在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須利用SiC器件的Kelvin源引腳，實(shí)現(xiàn)柵極驅(qū)動(dòng)回路和功率回路的解耦。這允許設(shè)計(jì)者通過(guò)外部 RG? 對(duì) dv/dt 和 di/dt 進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，以確保在高效率運(yùn)行的同時(shí)，將瞬態(tài)電壓尖峰限制在可接受的 EMC 水平。

VI. 結(jié)論與展望

A. SiC器件對(duì)CMV和CMC抑制的關(guān)鍵貢獻(xiàn)總結(jié)

SiC功率器件通過(guò)其獨(dú)特的物理和電學(xué)特性，為電力電子系統(tǒng)中的CMV和CMC抑制提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)：

對(duì)耦合源的抑制： SiC MOSFET極低的柵極-漏極電容 Crss? 減少了CMV耦合到柵極驅(qū)動(dòng)回路的能量，顯著增強(qiáng)了器件的抗擾性。同時(shí)，SiC體二極管或SBD的近零反向恢復(fù)特性 Qrr? 根除了傳統(tǒng)Si器件中換流瞬態(tài)高頻 di/dt 尖峰的主要來(lái)源，從而直接抑制了超高頻CMC。

對(duì)開關(guān)行為的賦能： SiC器件極短的開關(guān)延遲時(shí)間，配合先進(jìn)的四引腳（Kelvin源）和超低雜散電感封裝（Lσ? 低至 20nH），賦予了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師精確控制開關(guān)瞬態(tài)的能力。這種對(duì) dv/dt 和 di/dt 的精確控制，使得設(shè)計(jì)者能夠在效率和EMC性能之間進(jìn)行高度優(yōu)化的權(quán)衡。

對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化的支持： SiC的高速響應(yīng)能力使其能夠完美配合零共模電壓PWM調(diào)制策略，實(shí)現(xiàn)理論上消除CMV的系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)。

B. 未來(lái)SiC器件技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)在EMC優(yōu)化方向的展望

深圳市傾佳電子有限公司（簡(jiǎn)稱“傾佳電子”）是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動(dòng)者：
傾佳電子成立于2018年，總部位于深圳福田區(qū)，定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商，業(yè)務(wù)聚焦三大方向：
新能源：覆蓋光伏、儲(chǔ)能、充電基礎(chǔ)設(shè)施；
交通電動(dòng)化：服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)（電控、電池、電機(jī)）及高壓平臺(tái)升級(jí)；
數(shù)字化轉(zhuǎn)型：支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC替代進(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命，響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策（碳達(dá)峰、碳中和），致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。
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SiC技術(shù)在共模干擾抑制方面的潛力仍在不斷挖掘中，未來(lái)的發(fā)展方向?qū)⒓性诟顚哟蔚募苫椭悄芑?/p>

極致封裝與集成化： 持續(xù)推動(dòng)SiC功率模塊向更低雜散電感（目標(biāo) Lσ?<10?nH）和更優(yōu)異熱管理方向發(fā)展。這將包括將柵極驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及傳感器集成到芯片級(jí)封裝內(nèi)，以最小化所有寄生參數(shù)和耦合路徑，實(shí)現(xiàn)真正的芯片級(jí)CM抑制。

拓?fù)渑c算法創(chuàng)新： 進(jìn)一步研發(fā)能夠利用SiC極高開關(guān)頻率的零共模電壓拓?fù)洌ㄈ缧滦投嚯娖阶兞髌鳎┮约熬哂羞m應(yīng)性的PWM算法。這些算法應(yīng)能動(dòng)態(tài)調(diào)整 dv/dt 速率，在滿足瞬態(tài)EMC標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)維持高效率。

精確建模和標(biāo)準(zhǔn)化： 隨著SiC開關(guān)速度的不斷提升，超高頻寄生參數(shù)（包括電纜和負(fù)載）在CMC建模中的作用日益重要。行業(yè)需要建立更精確、更全面的CM和DM參數(shù)建模標(biāo)準(zhǔn)，以支持高頻系統(tǒng)的精確EMC仿真和設(shè)計(jì)。

審核編輯 黃宇