基于1700V碳化硅MOSFET的反激辅助电源设计

倾佳杨茜-反激辅源：基于1700V碳化硅MOSFET的反激辅助电源设计

基本半导体 1700V、600mΩ 碳化硅 (SiC) MOSFET（B2M600170H 直插 TO-247-3 / B2M600170R 贴片 TO-263B-7） 数据手册，结合反激电源 IC 构建高压辅助电源，是一个非常经典且高效的设计。

此类辅助电源广泛应用于光伏集中式逆变器、高压储能系统 (PCS)、电动汽车 800V/1000V 直流快充桩等电力电子系统中，直接从高压直流母线（600V~1200V DC）取电，为控制板、驱动器和散热风扇提供低压直流电。

倾佳电子力推BASiC基本半导体SiC碳化硅MOSFET单管，SiC碳化硅MOSFET功率模块，SiC模块驱动板，PEBB电力电子积木，Power Stack功率套件等全栈电力电子解决方案。

倾佳电子杨茜致力于推动国产SiC碳化硅模块在电力电子应用中全面取代进口IGBT模块，助力电力电子行业自主可控和产业升级！

以下是该辅助电源系统的构建方案及可实现功率的详细估算：

一、 系统架构与电压应力验证

核心拓扑：单管反激式变换器 (Single-Switch Flyback) 。

控制模式：推荐采用 断续导通模式 (DCM) 或 准谐振模式 (QR) 。这可以实现零电流开通，极大降低开关损耗。

电压应力评估：

在反激电路中，开关管关断时承受的最高漏源极电压为：

VDS(max)​=Vin(max)​+VOR​+Vspike​

Vin(max)​ ：系统最高直流母线电压，通常为 1000V 或 1200V。

VOR​ (变压器反射电压) ：为了兼顾初次级应力，通常设计在 150V ~ 200V。

Vspike​ (漏感尖峰电压) ：经 RCD 吸收电路钳位，通常控制在 150V ~ 200V 左右。

极限工况评估：1200V+200V+200V=1600V。

结论：该器件 1700V 的耐压 完美契合 1000V~1200V 母线系统，留有充足的安全裕量，无需像硅管时代那样采用复杂的双管串联反激。

二、 可实现功率估算与热分析

在反激电路中，决定最大输出功率的不是 SiC MOSFET 的电流上限（该器件连续电流达 6A，脉冲达 10A，余量极大），而是高压高频下的热耗散（损耗） 。

我们以设计一个 150W 的辅助电源，采用 DCM 模式 为例进行逆推估算：

1. 设定运行工况

输入电压 (Vin​) ：1000V DC

开关频率 (fsw​) ：65 kHz

变压器反射电压 (VOR​) ：150V

目标输出功率：150W（假设电源整体效率 85%，则输入功率 Pin​≈176W）

2. 电流计算

平均输入电流：Iin(avg)​=176W/1000V≈0.176A

最大占空比估算：D≈VOR​/(Vin​+VOR​)=150/1150≈0.13

初级峰值电流 (Ipk​) ：Ipk​=(2×Iin(avg)​)/D=(2×0.176)/0.13≈2.7A

初级有效值电流 (Irms​) ：Irms​=Ipk​×D/3​=2.7×0.13/3​≈0.56A

3. MOSFET 损耗估算

导通损耗 (Pcond​) ：

查阅手册 Fig. 5，结温 175°C 时，RDS(on)​ 约为标称值的 2 倍（约 1.2Ω）。

Pcond​=Irms2​×RDS(on)​=(0.56A)2×1.2Ω≈0.38W。

开关损耗 (Psw​) ：

在 DCM 模式下，MOSFET 开通时初级电流为零，主要的开通损耗来自于自身输出电容 (Coss​) 的放电。查阅规格书，Eoss​=6.3μJ。关断电流为 2.7A，查阅 Fig. 17 关断损耗 Eoff​≈15μJ。

单次开关总能量 Etotal​≈6.3+15=21.3μJ。

Psw​=Etotal​×fsw​=21.3μJ×65kHz≈1.38W。

MOSFET 总发热 (Ptotal​) ：0.38W+1.38W≈1.76W。

4. 功率上限结论

仅仅不到 2W 的损耗！

对于 TO-263B-7 贴片 (B2M600170R) ：依靠 PCB 大面积覆铜散热（热阻约 35∘C/W），温升仅 60∘C 左右，安全可靠。您可以轻松实现 50W ~ 150W 的辅助电源，完全无需外加散热器。

对于 TO-247-3 直插 (B2M600170H) ：加装一个极小体积的铝散热片，支持输出功率可进一步推至 200W ~ 300W。 (注：超过 250W 时，单管反激的变压器体积和漏感能量难以处理，此时拓扑本身的工程瓶颈会先于 MOSFET 出现) 。

三、 系统构建的关键硬件指南

由于 SiC MOSFET 的特性与传统 Si MOS 不同，配合反激 IC 时必须注意以下工程细节：

1. 栅极驱动匹配（核心难点）

驱动电压：该 SiC 手册推荐的驱动电压为 -4V / +18V。普通的硅基反激控制 IC（如 UC384X, UCC28700）输出通常只有 0~12V/15V。

解决方案：虽然在 12V 下该器件也能勉强导通（RDS(on)​ 会变大），但为了发挥最佳性能并确保安全，强烈建议增加一级隔离栅极驱动器（或采用专门的 SiC 反激 IC） ，提供 +15V~+18V 的开通电压。

2. 充分利用开尔文源极 (Kelvin Source)

如果您选用贴片封装 B2M600170R (TO-263B-7) ，它配有专门的 Kelvin Source（引脚 2） 。

在 PCB 布局时，反激驱动 IC 的地线 (Driver GND) 必须单独连接到引脚 2，而主功率回路连接到引脚 3-7。这能彻底消除大电流产生的封装电感负反馈，极大提升开关速度并降低损耗。

3. RCD 钳位吸收电路

1700V 耐压虽然很高，但 SiC 极快的开关速度会导致极高的漏感尖峰。RCD 吸收电路中的二极管建议选用 1200V 或 1700V 的 SiC 肖特基二极管（无反向恢复时间），并配合高频电容，将关断尖峰死死钳位在 1600V 以内。

4. 高压启动电路

市面上多数反激 IC 的 VCC 引脚无法直接承受 1000V 以上的高压。需要设计专用的高压启动电路，例如使用串联高压功率电阻降压，或使用超高压耗尽型 JFET (Depletion-mode FET) 来实现启动阶段的供电。

审核编辑 黄宇