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倾佳电力电子系统中共模电压和共模电流的深度接头及SiC功率器件的阻挠孝敬

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I. 小序：电力电子系整个模侵略问题的挑战与SiC时期定位

A. 电力电子系统中共模电压和共模电流的界说与要害性

在当代电力电子系统中，共模电压（CMV）和共模电流（CMC）是脉冲宽度调制（PWM）变流器固有的高频电磁侵略（EMI）状貌。CMV经常界说为三相输出端电压相干于直流母线中点或系统地电位的平均值 VCM=(VA0+VB0+VC0)/3 。当开关器件快速切换时，CMV会产生快速的电压阶跃（高 dv/dt），并通过电路中的寄生电容耦合到系统地或电机外壳，造成CMC回路 。

CMC的危害是多方面的，它不仅会侵略敏锐的抵制和通讯设备（举例车载CAN汇集和FlexRay），导致系统可靠性着落，也曾激发电机轴承电流腐蚀、加快电机绕组绝缘老化、并最终限制系统开关频率和功率密度的中枢因素。非凡是在电动汽车（EVs）等高功率、高密度应用中，接头标明电机驱动系统产生的电磁侵略强度已远远进取传统车载汇集所需的电磁兼容（EMC）本事，蹙迫需要遴选灵验的阻挠治安 。

B. SiC功率器件的变革性上风：高频、高遣散、高密度

碳化硅（SiC）算作第三代半导体材料，因其超卓的物理特点，正在激发电力电子系统的久了变革。SiC MOSFET具有比传统硅（Si）器件高约十倍的介电击穿强度和更高的热导率 。这些特点使得SiC器件好像因循更高的服务电压、收尾更低的导通损耗，并允许在更高的结温（高达 175∘C）下相识驱动，远超硅基晶体管经常 150∘C 的最大额定值 。

SiC器件的中枢上风在于其极高的开关速率和低开关损耗。SiC MOSFET集成了传统MOSFET的栅极抵制上风和Si IGBT的高功率处理本事，使得系统开关频率好像进步到数百kHz致使MHz级别，从而显耀提高功率密度，减小无源元件（如电容和电感）的体积和分量，并提供优于Si基惩办决策的遣散和资本后劲 。

C. SiC在共模侵略阻挠中饰演的要津变装

尽管SiC时期通过进步遣散和功率密度带来了深广的系统效益，但其极快的开关速率（即高 dv/dt）自己亦然CMV和CMC的强盛激励源。系统策画濒临的挑战是如安在期骗SiC高遣散特点的同期，灵验阻挠其产生的高频噪声。

SiC器件对共模侵略的真确孝敬在于提供了一套可控的参数，允许策画者在遣散和EMC性能之间进行缜密的衡量。通过优化SiC器件的中枢参数（如寄生电容、反向还原电荷）和先进的系统级封装（如缩短杂散电感），工程师不错精准调控开关瞬态波形，从而从源泉上削弱共模侵略的激励，收尾系统EMC和性能的举座优化。

II. 共模电压与共模电流的表面基础及生成机制

A. 共模电压的拓扑学发祥：PWM调制下的中点电压漂移

共模电压主要源于三相逆变器拓扑结构以及PWM调制策略的固有特点。在尺度的二电平电压源逆变器（VSI）中，当遴选空间矢量脉宽调制（SVPWM）等策略时，逆变器的输出端电压 VA0,VB0,VC0 会在直流母线正极 VDC 和负极 0 之间切换。当开关器件处于非零矢量现象时，会产生不同的共模电压电平。举例，在 VDC 为直流母线电压时，CMV不错阶跃变化到 VDC/3, 2VDC/3, 0 致使 VDC 。这些快速的阶跃变化是共模噪声的主要激励源。

针对复杂的拓扑，举例应用于储能变流器PCS等高功率形势的T型逆变器，其共模电压的生成和傅里叶抒发式更为复杂 。但是，不管拓扑如何变化，CMV产生的压根原因齐归结于PWM抵制下开关器件的快速切换导致的电压节点相干于系统地的快速电位变化 ( dv/dt)。

B. 传导共模电流的寄生汇集模子

共模电流 ICM 是由CMV通过寄生耦合旅途驱动造成的。主要耦合旅途包括功率器件的散热器/基板到系统地之间的寄生电容 Cpg,HS、电缆屏蔽层到地之间的电容，以及电机绕组到机壳之间的电容 Cw−g 。CMV激励源产生的 dv/dt 速率越高，通过这些电容耦合旅途产生的位移电流 ICM≈Cpg⋅dv/dt 幅值就越大。

跟着电力电子系统开关频率的提高，CM回路的阻抗 ZC=1/(jωCpg) 显耀缩短。由于CM电流的频谱主要由PWM基频过甚高次谐波决定，提高开关频直露接意味着CMV激励源的频率身分向更高频延长，容性耦合旅途的低阻抗特点导致CMC的幅值急剧增多。在新动力汽车应用中，这种高频CMC脉冲在长电缆中传播时，还会改变为辐照侵略，严重影响电磁兼容性 。

C. 高频开关瞬态举止与共模激励源的耦合

开关瞬态是共模侵略产生的要津时刻。除了由电压快速变化（dv/dt）驱动的CMV耦合外，换流回路中电流的快速变化（di/dt）也会产生CMC。

换流回路中不成幸免的杂散电感 Lσ（举例功率模块引脚和DC母线电容之间的汇聚）与器件的输出电容 Coss 会造成寄生谐振回路。在器件通畅和关断时代，高 di/dt 会在 Lσ 上产生电压尖峰 Vspike=Lσ⋅di/dt。这些尖峰电压具有超高频漂浮身分，通过寄生电容耦合，造成脉冲式的共模电流。

此外，尽管先进的PWM算法（举例调制波移相PWM）在表面上不错收尾零CMV输出 ，但在实质工程中，为谛视桥臂短路而引入的死区时候（Dead Time）是必不成少的 。死区时候会导致桥臂中点电压暂时处于浮动现象，这种不细目性会再行引入锋利的共模电压瞬态尖峰，可能使蓝本策画用于阻挠CMV的调制算法失效 。因此，系统必须具备对这些瞬态流程进行精准和快速抵制的本事。

III. SiC MOSFET高频特点对共模生成源的解耦分析

A. 器件寄生电容对共模耦合的决定性影响

SiC MOSFET的策画从压根上改善了器件的寄生电容特点，从而灵验收缩了共模电压的耦合。在开关流程中，反向传输电容 Crss（栅极-漏极电容）是最要津的参数，它决定了器件的开关速率和米勒平台效应。在CMV产生的物理模子中， Crss 是高 dv/dt 激励耦合回栅极驱动回路的主要通路。

由于SiC材料的高电场强度特点，同等耐压品级下SiC MOSFET的漂移层厚度更薄，使得其寄生电容远低于传统的Si IGBT 。举例，针对750 V/240 A品级的BASiC B3M010C075Z SiC MOSFET，其典型 Crss 仅为 19 pF 。即使是更大功率的1200 V/240 A模块BMF240R12E2G3，其 Crss 典型值也仅为 0.03 nF (30 pF) 。

极低的 Crss 意味着在器件承受高 dv/dt 作用时，耦合回栅极的位移电流 IG=Crss⋅dv/dt 至极小。这种特点显耀阻挠了米勒平台效应，使得栅极电压好像更快地飞腾和着落，从而收尾更快的开关速率，同期也增强了器件对高 dv/dt 瞬态误触发的抗侵略本事。关于 1200 V/180 A 的分立器件 B3M013C120Z，其 Crss 典型值致使低至 14.0 pF ，这使其在需要极致高频开关的应用中具有超卓的共模噪声阻挠本事。

值得提防的是，在追求超低导通电阻 RDS(on) 的大电流模块策画中，需要更大的芯单方面积，这可能导致寄生电容略有增多。举例，BMF240R12E2G3模块的 RDS(on) 降至 5.5 mΩ，但其 Crss 增至 30.0 pF 。这种衡量关系隆起标明，在高功率SiC策画中，缩短传导损耗所以捐躯部分CMV阻挠本事（因 Crss 增大）为代价的，因此更依赖于系统级寄生电感优化。

B. 开关速率(dv/dt)的内在矛盾与优化抵制

SiC MOSFET的固有开关时候极短，举例BMF240R12E2G3模块在 150∘C 下的飞腾时候 tr 仅为 17.5 ns（RG(on)=2.2Ω）。这种速率会产生极高的 dv/dt，固然有意于提高遣散，但同期也使得CMV频谱向更高的频率（数MHz到数十MHz）延长。这种高频噪声会增多EMI滤波器的策画难度。

SiC时期的上风在于它提供了对开关速率的精准调控机制。策画者不错通过调遣外部串联门极电阻 RG(ext) 来抵制 dv/dt 和 di/dt，从而在开关损耗和共模噪声频谱之间找到最优均衡点 。数据标明，跟着外部栅极电阻 RG(ext) 的增多，分立器件（如B3M010C075Z）的开关时候（tr,tf）和开关能量 (Eon/off) 均会增多 。这种平直的调控技能允许策画东说念主员在保证系统遣散远高于Si IGBT的同期，“柔化”开关波形，灵验阻挠高 dv/dt 瞬态产生的CMV尖峰。

C. SiC体二极管与SBD的零反向还原特点对CMC的阻挠

在桥式逆变器拓扑中，换流回路中续流二极管的反向还原流程是产生高频 di/dt 尖峰和后续漂浮的主要开端。传统Si IGBT模块经常需要使用快速还原二极管（FRD），但仍然存在较大的反向还原电荷 Qrr 和反向还原电流 Irm。

比较之下，SiC MOSFET的体二极管或内置/外置的SiC肖特基势垒二极管（SBD）具有近乎零的反向还原特点 。零 Qrr 意味着在换流时险些莫得“拖尾电流” 来激励功率回路中的 Lσ−Coss 谐振回路。

量化数据明晰地清楚了SiC的上风：B3M010C075Z分立器件在 25∘C 下的 Qrr 典型值仅为 460 nC，反向还原时候 trr 仅为 20 ns 。即使是高功率的BMF240R12E2G3模块，在 150∘C 下 Qrr 典型值也仅为 1.9 μC (1900 nC)，且 trr 极短，为 16.5 ns 。

排斥或大幅减少 Qrr 平直阻挠了由换流引起的 di/dt 尖峰幅度和高频振铃，从而从物理根源上削弱了共模电流的超高频频谱身分。但是，即使SiC器件的 Qrr 极低，其数值在高结温下仍会显耀增多。举例，BMF80R12RA3模块的 Qrr 从 25∘C 时的 0.3 μC 增多到 175∘C 时的 1.6 μC 。这标明热治感性能（如 Rth(j−c)）与EMC性能的相识性平直相干，需要通过优秀的热策画来看守低结温，以确保 Qrr 在系数这个词服务鸿沟内保抓最低水平。

IV. 基于SiC器件的系统级共模阻挠时期与工程试验

A. 功率器件封装时期对寄生参数的最小化

为了最大抵制地期骗SiC器件的开关速率上风并同期抵制CMV/CMC，先进的封装时期至关要害。

Kelvin源汇聚的应用 SiC MOSFET经常遴选四引脚（4-pin）封装，举例TO-247-4封装 。增多的Kelvin源引脚将功率源回路和栅极驱动回路灵验地解耦。这排斥了功率回路杂散电感 LS,Power 对栅极驱动信号的负反馈效应。通过提供一个干净的栅极参考电位，驱动器不错更精准地抵制器件的 dv/dt 和 di/dt，从而相识地阻挠由开关瞬态引起的共模峰值。

模块化封装中的超低杂散电感策画 杂散电感 Lσ 是高频CMC阻挠中最要津的瓶颈。先进的SiC功率模块遴选低电感策画，举例通过优化平直覆铜（DBC）基板和母线布局来最小化换流回路面积。 量化分析清楚，大电流SiC模块的杂散电感已达极低水平。举例，BMF240R12E2G3 Pcore模块在测试条目下的杂散电感 Lσ 仅为 20 nH 。更大的62 mm封装模块（如BMF360R12KA3和BMF540R12KA3）也收尾了 Lσ 约为 30 nH 的低电感 。 这种低 Lσ 的策画孝敬显耀。比较于传统IGBT模块中可能高达 50-100 nH的 Lσ，SiC模块将杂散电感缩短了至少一半。在SiC器件极高的 di/dt 瞬态下，低 Lσ 极地面限制了产生的电压尖峰幅值 (V=Lσ⋅di/dt)，平直削弱了CMV/CMC的高频激励强度。举例，关于 240 A 的电流在 20 ns 内切换，即使是 20 nH 的 Lσ 仍会产生高达 240 V 的尖峰电压，因此低电感封装关于治理 SiC 的超快瞬态是至关要害的物理基础。

B. 先进的零共模电压PWM调制策略

SiC MOSFET的快速反应本事是收尾先进CMV阻挠算法的基础。

零向量采用与CMV抵制 传统的PWM调制中，使用零电压矢量（如SVPWM中的 V0,V7）经常会导致最大的共模电压阶跃。零共模电压调制算法通过采用特定的灵验矢量组合或幸免使用产生最大CMV的零矢量，不错在表面上排斥或大幅减小CMV的阶跃变化 。

SiC对调制算法精度和速率的赋能 移相PWM等算法在表面上不错收尾零共模电压输出，但其在实质系统中的灵验性高度依赖于开关器件精准的动作时刻和对死区时候的抵偿 。SiC MOSFET极短的开关延迟时候（ td(on/off)）使得它好像更精准、更快速地实施高频调制教导。举例，BMF240R12E2G3模块在 150∘C 下的通畅延迟时候 td(on) 典型值仅为 40.5 ns 。这种高精度时候抵制本事减少了PWM算法实施中的时候瑕疵，使得基于零共模电压念念想的调制策略好像更灵验地阻挠CMV。

C. 共模滤波器策画与SiC服务频率的匹配考量

由于SiC系统的服务频率更高（经常在100 kHz到500 kHz），且产生的CMV/CMC频谱延长到更高的频率鸿沟（数十MHz），传统的EMI滤波器策画必须进行要紧诊治。滤波器的截止频率必须朝上转移，况兼必须针对这些超高频身分进行优化。

这意味着共模扼流圈的策画需要遴选低寄生电容和低杂散电感的结构，而共模旁路电容必须遴选低等效串联电感（ESL）的元件。SiC时期的应用要求策画者必须遴选系统级的协同优化花式，确保器件、封装、调制策略和滤波器策画在宽频谱鸿沟内保抓一致的EMC性能。

V. SiC器件参数的量化分析及工程应用漠视

A. 要津SiC MOSFET/模块参数对共模阻挠的敏锐性分析

SiC器件对共模侵略的阻挠本事是其电气特点、封装时期和热性能的轮廓体现。以下表格转头了典型SiC器件和模块的要津参数，并分析了其对共模性能的关联性。

表 1: 要津 SiC MOSFET/模块器件参数对比与共模性能相干性分析

器件型号额定 VDS (V) / ID (A)典型 RDS(on) (mΩ)典型 Crss (pF)典型 Qrr (nC)典型 tr (ns) (低 RG)Lσ (nH)封装状貌CMV/CMC 阻挠后劲B3M010C075Z

750 / 24010.019.0460 (@25°C)45.0 (@10$\Omega$)50 (测试条目)TO-247-4极低 Crss，符合更高频开关B3M013C120Z

1200 / 18013.514.0390 (@25°C)37.0 (@8.2$\Omega$)50 (测试条目)TO-247-4最低 Crss，优胜的抗米勒效应BMF60R12RB3

1200 / 6021.210.0200 (@25°C)35.9 (@22$\Omega$)40 (测试条目)34mm HB Module低 Qrr，较好的均衡性能BMF240R12E2G3

1200 / 2405.530.01900 (@150°C)22.0 (@2.2$\Omega$)20 (测试条目)Pcore 2 E2B极低 Lσ，高功率密度，快速反应BMF360R12KA3

1200 / 3603.7≈40.06300 (@175°C)41.0 (@2.0$\Omega$)30 (测试条目)62mm HB Module极低 RDS(on)，大电流挑战BMF540R12KA3

1200 / 5402.5≈70.09500 (@175°C)60.0 (@2.0$\Omega$)30 (测试条目)62mm HB Module极高功率，CMV/CMC挑战性最高

注：部分 Crss 估算值基于模块 Coss 乘以典型 Crss/Coss 比值进行推算。

B. 典型SiC居品系列在不同应用中的共模性能预测

对 SiC 器件参数的分析标明，封装状貌对 CMV/CMC 的阻挠性能具有决定性影响。从分立器件（TO-247-4）到模块（Pcore 2 E2B/62mm Module），杂散电感 Lσ 从 50 nH 傍边显耀着落到 20 nH 到 30 nH 。这种 Lσ 的量级着落是 SiC 在高功率应用中收尾 EMC 优化的中枢物理基础，其要害性在很猛进程上杰出了单个芯片 Crss 的轻细各异。在高功率电路中，总系统电感主导了瞬态电压应力和高频噪声。

高频应用（如 B3M013C120Z）： 极低的 Crss (14 pF) 使其在高开关频率下具有最好的抗米勒效应本事。淌若能协作低杂散电感的PCB策画，该器件是收尾极致高频和低噪声电源改变器的遐想采用。

中高功率应用（如 BMF240R12E2G3）： 该模块通过 Pcore 封装收尾了 Lσ 降至 20 nH 的极低水平 。尽管其 Crss 略高（30 pF），但极低 Lσ 提供的系统级上风是收尾超卓功率密度和EMC性能均衡的要津，使其成为电动汽车充电桩和高性能DC-DC改变器的遐想采用。此外，该模块 VGS(th).typ=4.0 V 的高阈值电压 提高了器件对高 dv/dt 耦合引起的共模电压的抗误通畅本事，增强了高频开关环境下的可靠性。

特大功率应用（如 BMF540R12KA3）： 此类模块追求极低 RDS(on) (2.5 mΩ) 以议论更高的电流容量，但代价是 Crss (约 70 pF) 和 Qrr ( 9.5 μC @ 175∘C ) 增大。在这些应用中，CMC/CMV的挑战最为隆起，必须依赖先进的零共模 PWM 策略 和用心策画的共模滤波器，来弥补器件自己在寄生耦合上放大的倾向。

C. 针对特定高功率应用的共模阻挠决策保举

针对电动汽车电驱动等高功率应用，共模阻挠必须从系统级集成策画起始：

期骗零反向还原特点： 保举遴选内置SiC肖特基二极管（SBD）或共封装SiC MOSFET/SBD的模块 ，最大抵制地期骗SiC的零

Qrr 上风。这好像排斥换流瞬态的CMC激励，非凡是关于大功率模块，即使在 175∘C 高温下，SiC的 Qrr 仍远低于Si IGBT。

热与电磁耦合的协同优化： 功率模块应遴选先进的基板时期，如 Si3N4 陶瓷基板和铜基板 。这些材料具有优异的热轮回本事和导热性能，好像提供更低的结到壳热阻 Rth(j−c) (举例BMF240R12E2G3的 Rth(j−c)=0.09 K/W) 。精致的热策画有助于看守较低的结温，限制

Qrr 在高温下的增多，从而波折相识系统的EMC举止。

缜密的开关波形抵制： 在策画驱动电路时，必须期骗SiC器件的Kelvin源引脚，收尾栅极驱动回路和功率回路的解耦。这允许策画者通过外部 RG 对 dv/dt 和 di/dt 进行缜密调控，以确保在高遣散驱动的同期，将瞬态电压尖峰限制在可领受的 EMC 水平。

VI. 论断与料到

A. SiC器件对CMV和CMC阻挠的要津孝敬转头

SiC功率器件通过其专有的物理和电学特点，为电力电子系统中的CMV和CMC阻挠提供了强盛的时期基础：

对耦合源的阻挠： SiC MOSFET极低的栅极-漏极电容 Crss 减少了CMV耦合到栅极驱动回路的能量，显耀增强了器件的抗扰性。同期，SiC体二极管或SBD的近零反向还原特点 Qrr 断根了传统Si器件中换流瞬态高频 di/dt 尖峰的主要开端，从而平直阻挠了超高频CMC。

对开关举止的赋能： SiC器件极短的开关延迟时候，协作先进的四引脚（Kelvin源）和超低杂散电感封装（Lσ 低至 20 nH），赋予了系统策画师精准抵制开关瞬态的本事。这种对 dv/dt 和 di/dt 的精准抵制，使得策画者好像在遣散和EMC性能之间进行高度优化的衡量。

对系统优化的因循： SiC的高速反应本事使其好像完好协作零共模电压PWM调制策略，收尾表面上排斥CMV的系统驱动谋略。

B. 异日SiC器件时期和系统策画在EMC优化所在的料到

深圳市倾佳电子有限公司（简称“倾佳电子”）是聚焦新动力与电力电子变革的中枢鼓励者：

倾佳电子成立于2018年，总部位于深圳福田区，定位于功率半导体与新动力汽车汇聚器的专科分销商，业务聚焦三大所在：

新动力：遮掩光伏、储能、充电基础法式；

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公司以“鼓励国产SiC替代入口、加快动力低碳转型”为责任，反应国度“双碳”战略（碳达峰、碳中庸），致力于缩短电力电子系统能耗。

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SiC时期在共模侵略阻挠方面的后劲仍在不休挖掘中，异日的发展所在将汇聚在更深档次的集成化和智能化：

极致封装与集成化： 抓续鼓励SiC功率模块向更低杂散电感（谋略 Lσ<10 nH）和更优异热治理所在发展。这将包括将栅极驱动电路、保护电路以及传感器集成到芯片级封装内，以最小化系数寄生参数和耦合旅途，收尾真确的芯片级CM阻挠。

拓扑与算法转变： 进一步研发好像期骗SiC极高开关频率的零共模电压拓扑（如新式多电平变流器）以及具有顺应性的PWM算法。这些算法应能动态诊治 dv/dt 速率，在中意瞬态EMC尺度的同期看守高遣散。

精准建模和尺度化： 跟着SiC开关速率的不休进步九游体育app娱乐，超高频寄生参数（包括电缆和负载）在CMC建模中的作用日益要害。行业需要拓荒更精准、更全面的CM和DM参数建模尺度，以因循高频系统的精准EMC仿真和策画。