三相400V 12kW 48V低压电池混合逆变器全碳化硅硬件设计方案

三相400V 12kW 48V低压电池混合逆变器全碳化硅硬件设计方案：第四桥臂按满载选，1200V/20mΩ两电平打底

【倾佳副总杨茜-黄金混逆方案-02】

倾佳电子副总 杨茜

摘要

三相 400V、12kW、48V 低压电池混合机，服务的是三相入户却仍在用低压电池的存量用户。本文的核心判断有三条：逆变级用三相四桥臂两电平，第四桥臂按满载选、不许降档，并否定分裂电容中点方案，后者在 100% 不平衡时所需的中点电容储能是四桥臂方案的 2.8 倍，母线还要抬高到 796V；全机高压功率级统一用 1200V 两电平单管，母线长期 750V 时利用率 62.5%，光伏开路 850V 时 70.8%，开关尖峰 796V 时 66.3%；逆变四桥臂用 1200V/20mΩ，理由是非线性负载下中线电流可达相电流的 1.63 倍，40mΩ 的中线管结温 114℃，20mΩ 为 100℃。按目标规格估算，光伏→交流最高效率 98.3%、欧洲加权 97.7%，电池→交流满载 96.7%，其中 DAB 损耗有 55% 落在 250A 低压侧，碳化硅高压侧只占 15%。

一、为什么它是黄金机型

南非较大的住宅和小农场、东欧大量独栋住宅、巴基斯坦和中东的大户、东南亚临街小商户，有一个共同点：入户是三相四线，家里却已经装了 48V 电池，或者打算买 48V 电池。48V 电池的生态在这些地区最成熟，机架式磷酸铁锂模块可以按需并联扩容，安装商熟悉，售后网点也多。这批用户要的不是高压电池带来的那一两个百分点的效率，而是一台能把现有电池和三相入户一起管起来的机器。

三相入户的家庭，负载在三相上的分布并不由用户决定。住宅布线时，冰箱、照明、插座、空调常常被随意分到某一相上；停电频繁的地区，用户为了省电池，离网时只开最必要的几样电器，这几样很可能恰好都挂在同一相上。所以离网 100% 不平衡不是一个极端测试条件，而是这台机器每天晚上的日常工况：一相满载 4kW，另外两相接近空载。这一个需求直接决定了逆变拓扑。

功率卡在 12kW，账是这样算的。三相 12kW 的每相电流 17.4A，正好落在 20A 或 25A 三相断路器的舒适区，可以带一台 3kW 三相水泵加两三台空调。更硬的约束在电池侧：12kW 从 48V 电池取电，电池电流约 242A，本方案把电池口上限定在 250A。48V 平台再往上走，电池电流突破 300A，电缆、熔断器、端子的损耗和发热按电流平方增长，已经超出低压电池生态的舒适区。所以 12kW 是 48V 三相机的天花板档，用户如果还要更大功率，正确的路线是并机或者换成高压电池。

二、整机规格定义

项目	规格	说明
交流并网	3/N/PE，400V/230V（-15%～+10%），50/60Hz，12kW/12kVA，功率因数 0.8 超前～0.8 滞后	东欧欧盟成员国并网按 EN 50549-1
离网输出	400V/230V ±2%，100% 不平衡（单相满载 4kW/相），1.5 倍过载 10s	非线性负载下中线电流按相电流 1.63 倍持续
市电旁路	63A/相，四极切换	旁路时可同时给电池充电
柴发输入	三相柴发口，干接点启停	与市电口互锁
光伏输入	2 路 MPPT，开路电压 ≤850V，每路 ≤26A、≤9kW，满功率 MPPT 范围 350～750V	光伏最大 18kW
电池	48V 标称（40～60V），充放电 ≤250A；两路 6.2kW DAB 交错并联，1.2 倍 10s	电池单独带 12kW 满载需电池电压 ≥49.6V
直流母线	680～750V，标称 700V
并机	最多 6 台	零序电流需参与均流
环境	-10～50℃，50℃ 满载不降额；海拔 ≤2000m	IP65，电子腔密封，散热器独立风道
效率目标	光伏→交流最高 ≥98.2%、欧洲加权 ≥97.5%；电池→交流满载 ≥96.5%	本文估算值见第六章
防护	光伏反接、电池反接、剩余电流检测、绝缘阻抗检测、过温
认证	IEC 62109-1/-2、IEC 62477-1；并网按目标国电网规范

三、功率拓扑选择与取舍

（一）两电平 1200V 与三电平 650V/750V

母线要满足三相 400V 并网，相电压峰值在电网上限 253V 时为 358V，四桥臂方案所需直流电压为 358 × √3 ≈ 620V，加上滤波器压降、死区和控制裕量，母线取 680～750V。这个电压对 650V、750V 器件都超出了长期 70% 的红线（分别为 455V、525V），要用它们只能走三电平。三电平 T 型的外管本身就要 1200V，内管再加一对 650V 双向开关，四桥臂做成三电平就是 16 颗管；两电平四桥臂只要 8 颗 1200V 管。12kW 下两电平 1200V 碳化硅在 20kHz 的开关损耗全机只有 23.3W，三电平能省下的开关损耗不够抵消多出的 8 颗管、8 路驱动和中点平衡控制。更麻烦的是，三电平在 100% 不平衡负载下还要处理直流侧中点电位漂移，这和本机最重要的工况正面冲突。结论：两电平 1200V。

（二）四桥臂与分裂电容中点

三相四线输出有两种做法：第四个桥臂产生中线，或者把母线电容分成上下两半，中线直接接在电容中点。分裂电容方案少一个桥臂，看起来省钱，但 100% 不平衡时中线电流全部流进电容中点。单相满载 17.4A 有效值、24.6A 峰值的中线电流在 50Hz 下的电荷摆幅为 2 × I_pk / ω = 0.157C，这些电荷由上下两半电容共同吸收，中点电压峰峰值 ΔV_pp = 0.157 / (2C)。要把中点纹波控制在 40V 峰峰值，每半边电容需要 1.96mF，这只能用电解电容，而且每半边要承受 8.7A 的 50Hz 纹波电流，电解电容在 50Hz 下的纹波能力比 100Hz 还低一截。

四桥臂方案的母线电容只需要吸收单相 4kW 负载的二倍频功率波动，能量峰峰值为 4000 / 314 ≈ 12.7J，用 400µF 薄膜电容时母线纹波 45V 峰峰值，占母线的 6.5%，完全可以接受。两种方案的电容储能对比是 276J 对 98J，分裂电容方案是四桥臂的 2.8 倍，而且被迫用电解电容，在 IP65 密封、50℃ 环境下寿命成为短板。

分裂电容方案的母线电压也吃亏。每半边母线必须高于相电压峰值加中点纹波加裕量，即 V_dc ≥ 2 × (358 + 20 + 20) ≈ 796V，对 1200V 是 66.3%，已经逼近 70% 红线，没有给电网过压和控制超调留任何空间。四桥臂方案母线 680～750V，利用率最高 62.5%。

还有一个分裂电容方案根本处理不了的问题：直流中线电流。这个市场里大量使用带半波档的电器，吹风机的半功率档就是串一只二极管。一台 500W 半波负载在中线上注入约 1.96A 的直流电流，灌进 1.96mF 的中点电容，中点电位以每秒约 500V 的速度漂移，除非再加一个平衡桥臂把它拉回来。而一旦加了平衡桥臂，就等于又做回了四桥臂。结论：四桥臂，第四桥臂和三个相桥臂用同一规格。

四桥臂的控制并不像很多人担心的那样复杂。我们采用按相解耦的载波实现：中线桥臂的调制波取三相参考电压最大值与最小值之和的一半，取反后叠加半母线偏置；三个相桥臂各自跟踪相对于中线桥臂的相电压。这样三相之间互不耦合，单相满载、另两相空载时，每一相的电压环只看自己的负载，限流也可以逐相独立执行。这种载波实现与三维空间矢量调制的直流电压利用率相同，在 620V 母线下就能输出 253V 相电压，但代码量和调试工作量小得多。

（三）电池级：一路 12kW DAB 与两路 6kW DAB 交错

250A 电池电流如果只走一路 DAB，变压器低压绕组电流有效值接近 290A，低压侧每个开关位置需要并联更多 MOSFET，布局杂散电感难以控制。拆成两路 6.2kW DAB 交错并联，每路低压侧电流约 125A，与本系列 01 篇的 6.2kW DAB 低压侧处于同一电流等级，低压功率板可以直接复用；两路载波错开 90°，低压侧电容纹波电流互相抵消一部分。轻载时关掉一路，剩下一路的开关电流翻倍，零电压开关边界大幅改善（见第七章）。DAB 高压侧工作在 700V，变比 28:2，100kHz。

为什么高压侧一定是碳化硅：700V 母线加上开关尖峰，900V 级硅超结管的长期利用率在 78% 以上，违反 70% 规则；1200V 硅 IGBT 有拖尾电流，100kHz 下关断损耗不可接受；用两个 650V 全桥串联分压可以绕开，但器件数和驱动数翻倍，还要处理两个半桥之间的均压。1200V 碳化硅 MOSFET 在 700V 下零电压开通、关断损耗很小，是这一级唯一干净的解法。低压侧不属碳化硅的主场，按整机厂低压 MOSFET 平台自选，不在本方案推荐范围。

（四）光伏级：二极管升压与同步整流升压

两路光伏各一路升压，母线 700V。按每路 9kW、550V 输入计算，占空比 0.214，二极管方案的整流损耗为 (P / V_bus) × V_F = 9000 / 700 × 1.7V ≈ 21.9W，同步整流用 1200V/40mΩ 上管的导通损耗约 13.5W，每路相差 8.4W。本机选二极管方案。理由是母线 700V、光伏每路最多两串并联，同步整流上管一旦误开通，700V 母线会直接倒灌进组串；二极管方案在物理上不存在这条路径，同时省掉每路一个上管驱动和一路隔离电源。01 篇选同步整流，是因为那里要让光伏级与全机共用一个规格，这里全机已经有两种 MOSFET 规格，不值得为 8.4W 引入倒灌风险。

四、碳化硅器件规格定义（由方案倒推）

4.1 电压等级

长期电压就是母线，680～750V，取 750V，对 1200V 是 62.5%，满足 70%。光伏开路电压 850V 在开机前经升压二极管直通到母线，对 1200V 是 70.8%，满足 85%。开关尖峰按 1.5 倍过载时的关断电流算，峰值 36.9A、关断时间 20ns，di/dt 约 1.85A/ns，TO-247-4 加 PCB 的换流回路杂散电感按 25nH，尖峰 46V，峰值 796V，占 66.3%，满足 90%；DAB 高压侧零电压开关，关断电流 14A 左右，30nH 回路上的尖峰约 28V，峰值 778V，占 64.8%。组件开路电压温度系数按 -0.27%/K，-10℃ 时比标准条件高 9.45%，所以标准条件下组串开路电压不得超过 776V，这条写进安装手册。

4.2 导通电阻：20mΩ 还是 40mΩ

计算口径：125℃ 导通电阻取 25℃ 值的 1.6 倍。开关能量按目标规格估算，700V、125℃、开通 4.7Ω／关断 2.2Ω：1200V/20mΩ 为 E_on + E_off = 150µJ + 12µJ/A × I；1200V/40mΩ 为 80µJ + 14µJ/A × I。大芯片的输出电容大，常数项高；小芯片电流斜率略大。逆变开关频率 20kHz。

对比项	1200V/20mΩ	1200V/40mΩ
满载 12kW 逆变级损耗（含中线桥臂空载开关）	52.3W	77.7W
50% 负载逆变级损耗	24.9W	27.5W
20% 负载逆变级损耗	15.5W	11.3W
按欧洲权重的逆变级加权损耗	27.4W	32.5W
相桥臂额定单管结温（散热器 90℃）	94.7℃	100.1℃
中线桥臂非线性负载单管结温（散热器 90℃）	100.0℃	114.2℃
1.5 倍 10s 过载峰值结温（125℃ 起始）	129.3℃	136.7℃

这张表要读出两层意思。按加权效率算，20mΩ 只比 40mΩ 少 5W，20% 负载时反而多 4W，因为大芯片的输出电容损耗更高；只看效率，40mΩ 是够用的。1.5 倍 10s 过载两者都轻松通过，也不是决定因素。真正把规格推到 20mΩ 的是中线桥臂。单相整流型负载的电流含有大量三次谐波，按三次谐波为基波 70%、五次谐波为基波 40% 估算，相电流 17.4A 有效值时基波 13.5A、三次谐波 9.5A，三相的三次谐波在中线上同相叠加，中线电流 28.4A，是相电流的 1.63 倍。这个电流是持续的，不是 10s 的过载，40mΩ 的中线管在 50℃ 环境满载时长期工作在 114℃，比相桥臂高 14℃，功率循环寿命按结温每升高 10℃ 大致减半的经验关系估算，中线桥臂会成为整机最先失效的位置。20mΩ 把中线管结温压到 100℃，与相桥臂只差 5℃。

结论写成一句话：中线桥臂必须按满载选，而且它的满载比相桥臂更重；四个桥臂统一用 1200V/20mΩ，8 颗。DAB 高压侧电流有效值只有 10A 出头，用 1200V/40mΩ；光伏升压开关用同一颗 40mΩ。全机两种 MOSFET 规格。

4.3 过载与短路

1.5 倍过载 10s 时相电流 26.1A 有效值。10s 远长于 TO-247 芯片到外壳的热时间常数，结温摆幅按稳态热阻计算，20mΩ 单管损耗从 8.2W 升到 15.4W，峰值结温 129.3℃。1.5 倍过载的有功部分由 DAB 的 1.2 倍 10s 能力加光伏承担：电机类负载启动时功率因数在 0.6 左右，18kVA 视在功率对应有功约 10.8kW，DAB 两路合计 14.9kW 的短时能力足够；DAB 用满 1.2 倍时，电池短时电流约 290A。

1200V/20mΩ 在 700V、栅压 18V 下的短路电流在 350A 量级，要求短路耐受时间 ≥3µs（700V、起始 25℃）。驱动的检测到关断总时间控制在 1.4µs。

4.4 封装与热路径

全部采用 TO-247-4 开尔文源极。热阻目标：1200V/20mΩ 结到壳 ≤0.32K/W，1200V/40mΩ ≤0.55K/W，陶瓷绝缘加导热脂 ≤0.25K/W。850V 静态电压下漏源引脚之间的爬电是个实际问题，PCB 上必须开槽，功率板整体做三防涂覆，这在 IP65 密封腔里同样需要，因为密封腔并不防凝露。

4.5 体二极管与反向恢复

四个桥臂都是硬开关，每次开通都会把对管体二极管的反向恢复带进来。要求 125℃、700V、40A 下反向恢复电荷不高于 350nC 量级，体二极管在 -4V 栅压下导通压降约 3.5V，死区时间 150ns。中线桥臂在平衡负载下几乎没有电流，在单相满载或非线性负载下电流最大，它的体二极管导通时间分布与相桥臂完全不同，出厂必须做体二极管双极退化筛选，否则导通电阻漂移最早会在中线桥臂上表现出来。

4.6 阈值与分档

驱动 +18V/-4V，栅极耐压 -8V/+22V，与 01 篇保持一致，驱动电源可以跨机型通用。阈值电压 25℃ 不低于 2.5V、175℃ 不低于 1.8V。本机无并联，阈值离散控制在 ±0.6V 以内即可。

4.7 本机器件规格表

功率位置	电压/导通电阻或电流	封装	用量	关键指标
逆变三相桥臂	1200V/20mΩ	TO-247-4	6	20kHz，额定单管 8.2W
逆变中线桥臂	1200V/20mΩ	TO-247-4	2	非线性负载单管 17.5W，结温 100℃
DAB 高压侧（两路全桥）	1200V/40mΩ	TO-247-4	8	零电压开通，100kHz，单管 4.8W
光伏升压开关	1200V/40mΩ	TO-247-4	2	20kHz，最坏角点 30.0W
光伏升压二极管	1200V/20A 碳化硅肖特基	TO-247-2	2	每路 21.9W
共同要求	短路耐受 ≥3µs@700V；R_th,jc 见 4.4；体二极管双极退化筛选；开关能量按 4.2 目标值

五、驱动与保护设计

700V 母线下逆变级开关 dv/dt 在 40～60V/ns，驱动芯片的共模瞬态抗扰度按高 dv/dt 场合要求不低于 150V/ns。隔离驱动电源的隔离电容：每路 10pF 在 60V/ns 下注入 0.6A 共模电流，压到 3.5pF 降为 0.21A。本机控制地放在 48V 电池侧，高压侧驱动全部跨加强绝缘，工作电压按 1000V 直流取值，覆盖 850V 的光伏开路工况。隔离电源路数：逆变 4 个上管、DAB 4 个上管各一路，共 8 路；逆变下管和光伏升压开关共用母线负端合并一路，两路 DAB 的下管各一路，共 3 路；全机 11 路，驱动通道 18 个。

米勒钳位在这台机器上是必需的。1200V/20mΩ 的米勒电容在 60V/ns 下注入的电流约 0.6A，经关断回路在栅极上抬起约 2V，栅压从 -4V 被抬到 -2V 附近，再叠加走线电感引起的振荡，离 175℃ 时 1.8V 的阈值只剩 2V 左右，有源米勒钳位把这部分电流直接旁路掉。

过流保护用退饱和检测：消隐 400ns，滤波 200ns，软关断 700ns，加传输延时 100ns，总计 1.4µs，满足单管 ≤2µs 要求，对 3µs 短路耐受留 2.1 倍余量。350A 短路电流如果在 60ns 内硬关断，25nH 上的尖峰为 146V，叠加 750V 母线是 896V，占 74.7%；软关断把关断时间拉到 250ns，尖峰降到 35V，峰值 785V，占 65.4%。

四桥臂的保护逻辑有一处与三桥臂不同：单相负载短路时，故障电流同时流过一个相桥臂和中线桥臂，两者都会触发退饱和。保护必须设计成任一桥臂触发即封锁全部四个桥臂，并且先软关断故障桥臂、再关其余桥臂，避免在中线桥臂上出现两次换流叠加的尖峰。交流输出另设霍尔或分流采样的逐周期限流，离网支路短路时维持 1.5 倍电流，让支路断路器有机会动作。

六、损耗、效率与热设计

6.1 满载损耗分解

光伏→交流，12kW 输出，光伏 550V	损耗
逆变四桥臂导通	29.0W
逆变四桥臂开关（含中线桥臂空载开关 3.0W）	23.3W
光伏升压开关 2 颗	12.8W
光伏升压二极管 2 颗	29.7W
升压电感 2 只	13.5W
LCL 滤波器（相电感、中线电感、网侧电感、电容）	47.0W
电磁兼容滤波与并网继电器	18.2W
母线电容	4.0W
辅助电源、控制与风扇	30.0W
合计	207.4W，效率 98.30%

电池→交流，12kW 输出，电池 51.2V	损耗
交流链（逆变四桥臂、LCL、滤波、电容、辅助）	151.5W
DAB 高压侧碳化硅 8 颗	38.1W
DAB 低压侧硅管（两路）	90.2W
DAB 变压器两只	73.6W
电池回路（端子、熔断器、分流器、铜排，共 0.7mΩ）	41.1W
低压侧电容与 DAB 控制	13.7W
合计	408.2W，效率 96.71%，电池电流 242.3A

「250A 低压侧才是效率瓶颈」这句话落到数字上是：DAB 总损耗 256.7W，其中低压侧开关、电池回路和低压电容合计 141.0W，占 55%；变压器 73.6W，占 29%；高压侧 8 颗碳化硅 38.1W，只占 15%。仅电池回路一项，0.7mΩ 在 250A 时就是 43.8W，比 8 颗碳化硅的总损耗还高。碳化硅在这一级的作用是让高压侧在 700V 下做到零电压开关、把频率推到 100kHz，而不是去和低压侧比损耗。整机厂优化电池→交流效率，要把功夫花在铜排、端子和低压 MOSFET 上。

需要说明这张表里低压侧的假设：DAB 低压侧每个开关位置按 125℃ 下等效 0.9mΩ 估算，对应 100V 级硅 MOSFET 多颗并联；关断损耗按零电压条件下电容缓冲后的四分之一硬关断能量计；变压器按磁芯损耗 12W、额定绕组损耗 26W 每只估算。这些是低压平台的典型量级，用来说明损耗分布，不构成对低压器件的推荐。

电池电压对满载能力有直接影响：12kW 满载时电池侧需要 12.41kW，250A 上限对应的电池电压为 49.6V。电池电压低于这个值时，纯电池供电的输出功率按 250A × V_bat 限幅，光伏在场时由光伏补足。

6.2 效率曲线与加权效率

负载率	5%	10%	20%	30%	50%	100%
光伏→交流	91.35%	95.18%	97.17%	97.80%	98.23%	98.30%
电池→交流	90.62%	94.69%	96.64%	97.07%	97.37%	96.71%

按欧洲效率权重计算，光伏→交流加权效率 97.68%，电池→交流加权效率 96.75%。光伏→交流最高效率 98.34% 出现在 80% 负载附近；电池→交流最高效率 97.37% 出现在 50% 负载附近。电池→交流在 5% 负载时只比光伏→交流低 0.7 个百分点，得益于轻载下只开一路 DAB。

6.3 50℃ 满载的热账

散热器最坏工况是电池满载放电：逆变级 52.3W、DAB 高压侧 38.1W、DAB 低压侧硅管 90.2W，合计 180.6W。50℃ 环境下散热器台面控制在 90℃，散热器到空气的热阻要做到 0.221K/W 以下。IP65 机箱的做法是电子腔密封，散热器翅片在独立风道中，风扇只吹翅片，风扇失效不会让水汽和灰尘进入电子腔。在此条件下各器件结温：相桥臂 94.7℃，中线桥臂在非线性负载下 100.0℃，DAB 高压侧单管 4.8W、结温 93.8℃。

光伏 18kW 同时带 12kW 负载并给电池充 6kW 的工况，碳化硅总损耗约 128W，其中升压开关典型点单管 9.9W、结温 98℃；最坏角点 350V、9kW 时升压开关 30.0W、结温 114℃，二极管 21.9W、结温 113℃，这个角点在实际运行中出现时间很短，但必须按它来选散热器局部的翅片密度。整机总损耗 408W，按空气温升 15K 计算需要风量约 90m³/h。

离网空载时，20mΩ 管的输出电容损耗使四个桥臂在 20kHz 下合计约 12W。夜间空载是这个市场的常态，本机在离网输出功率低于 10% 时把逆变开关频率降到 12kHz，这部分损耗降到 7W 左右，纹波电流增大但仍在 LCL 的设计范围内。

七、磁件、滤波与电磁兼容

LCL 参数：逆变侧相电感 La = Lb = Lc = 600µH，中线电感 Ln = 200µH，网侧电感 150µH/相，滤波电容 4.7µF/相。相电流纹波按最坏情况 ΔI_pp ≈ V_dc / (4 × (La + Ln) × f_sw) = 700 / (4 × 800µH × 20kHz) ≈ 10.9A，为额定峰值的 44%，实际调制下明显更低。谐振频率约 6.7kHz，位于 10 倍工频与开关频率一半之间。

中线电感是这台机器最容易被低估的磁件。它要同时承受三种电流：100% 不平衡时 17.4A 的工频电流，非线性负载时 28.4A 的三次谐波电流，以及半波负载带来的约 2A 直流分量；1.5 倍过载和支路短路时峰值还要更高。铁氧体开气隙的电感在直流偏磁和大电流下是硬饱和，一旦饱和，中线桥臂的电流上升率在 700V 下瞬间失控，退饱和保护就会频繁误动作。中线电感必须用粉芯，铁镍 50 高磁通粉芯或铁硅铝粉芯，利用它的软饱和特性，设计目标是在 55A 峰值时电感不低于 120µH，即不低于标称值的 60%。

DAB 变压器变比 28:2，100kHz，串联电感 74µH（折算到高压侧）集成在漏感里。额定 6.2kW、电池 51.2V 时移相角约 43°，高压侧开关电流约 11A，零电压开关充分。轻载时情况不同：每路 1.24kW 时高压侧开关电流只有 1.27A，而 1200V/40mΩ 在 700V 下的输出电荷按 100nC 量级估算，150ns 死区内完成换流需要 1.33A，已经处在零电压开关边界上。关掉一路 DAB，由另一路承担 2.48kW，开关电流升到 3.2A，零电压开关恢复。所以两路 DAB 的切换阈值设在总功率 5kW：低于 5kW 单路运行，高于 5kW 双路交错。

两路交错对低压侧电容的收益同样可以量化。DAB 低压全桥输出到电池侧的电流是变压器电流经整流后的波形，纹波频率为开关频率的 2 倍。按每路 6.08kW 的额定点计算，单路 DAB 注入低压电容的纹波电流有效值约 82A；两路同相运行时叠加为 164A，两路载波错开 90°（相当于纹波频率上错开 180°）后降到 103A，少了 37%。低压侧电容是大电流、低电压的高分子或薄膜电容阵列，纹波电流少 37%，电容数量和发热都能按比例削减。

母线电容选 400µF 薄膜电容，1000V 级。100% 不平衡时二倍频纹波 45V 峰峰值，纹波电流约 4A（100Hz）加开关频率分量，薄膜电容在 50℃ 密封环境下没有电解电容的寿命问题。

共模回路的处理与 01 篇同理。四桥臂的共模电压由四个桥臂的平均极电压决定，在开关周期内跳变，18kW 组件的对地电容可达 2µF 量级，不处理就会触发剩余电流保护。做法是滤波电容星点接在输出中线上，再用两只薄膜电容把输出中线分别接到母线正负端，高频共模电流在机内闭合，外加共模电感压低残余分量。

八、连接、安全与认证

48V 电池端用安费诺储能大电流连接器。250A 如果走一对端子，每个接触点按 0.1mΩ 计，正负两极在 250A 下损耗 12.5W，全部集中在两个端子上；本机每路 DAB 各配一对 200A 档端子，电池到逆变器走两对电缆，每对 125A，四个接触点合计 6.3W，损耗减半，单点温升降到四分之一。短时 1.2 倍 10s 时每对端子约 150A，仍在 200A 档的额定范围内。机内高压互连用安费诺 HVSL 高压连接器，连接主功率板、两块 DAB 板和光伏输入板之间的 700V 母线与光伏回路，850V 开路电压下的绝缘等级按 1000V 选取。

电池端必须有直流断路器或熔断器，分断能力按磷酸铁锂电池组数千安的短路电流选取；电池接入时由光伏或市电经 DAB 反向把低压电容预充到电池电压，冷启动时由断路器的预充回路完成。电池端与高压回路之间的屏障是 DAB 变压器，按 IEC 60664-1 的污染等级 2 查表，1000V 工作电压下基本绝缘爬电在材料组 I（CTI ≥600）时为 5mm，加强绝缘加倍到 10mm；如果骨架材料只达到材料组 III，加强绝缘要 20mm，变压器体积会被爬电而不是磁芯决定，所以骨架必须用 CTI ≥600 的材料。

三相四线的旁路和离网切换必须是四极切换，中线跟随相线一起切换。离网时本机的输出中线与保护地通过 N-PE 连接继电器连接，形成 TN 系统，保证下游剩余电流保护动作；并网或旁路时断开，由电网侧接地系统接管。剩余电流检测覆盖交直流，按 300mA 持续、30mA 突变两个门槛动作；光伏对地绝缘阻抗在每次并网前检测。认证按 IEC 62109-1/-2 做安全，按 IEC 62477-1 核对功率变换系统通用要求，东欧欧盟成员国的并网按 EN 50549-1，南非等地按当地电网规范补测。

九、这台机器最容易栽跟头的地方

中线桥臂降档。 设计评审时经常听到「中线桥臂平衡时没电流，可以用小一号的管子」。平衡线性负载下这句话成立，但这台机器的日常工况是 100% 不平衡和整流型负载，中线电流是相电流的 1.0～1.63 倍。中线桥臂用 40mΩ，结温比相桥臂高 14℃；如果降到 80mΩ，中线管的导通损耗再翻倍，50℃ 环境下结温逼近 155℃。第四桥臂是满载桥臂，不许降档。

中线电感用铁氧体。 铁氧体开气隙的中线电感在实验室平衡负载测试中表现很好，到了用户家里遇到半波负载的直流分量和支路短路的故障电流，硬饱和导致中线电流失控，表现为莫名其妙的退饱和保护和离网掉电。粉芯软饱和，是这个位置唯一合适的选择。

并机时的零序环流。 三桥臂机器并机只需要管正负序环流，四桥臂机器还多一个零序回路。两台之间零序回路的电感为每台的 La/3 + Ln，两台合计 800µH，50Hz 下感抗 0.25Ω，零序电压差 1V 就在中线上产生约 4A 的环流。6 台并机时，中线桥臂必须单独做零序电流的均流控制，否则某一台的中线桥臂会被其他机器的零序电流压垮。

250A 端子的单点发热。 电池回路 0.7mΩ 在 250A 时是 43.8W，这些损耗分布在端子、熔断器、分流器和铜排上。一个没压好的端子多出 0.2mΩ 接触电阻，就在一个点上多出 12.5W，端子温度会在几周内逐步升高，最终烧蚀。量产要做两件事：端子压接用液压工具并做拉脱力抽检；端子附近放温度传感器，温升超限时先降功率再报警。

十、倾佳副总杨茜-力推器件方案

这台机器的器件策略是两颗 1200V 碳化硅 MOSFET 规格打全机高压功率级：逆变四桥臂 8 颗 1200V/20mΩ，DAB 高压侧与光伏升压 10 颗 1200V/40mΩ，外加 2 颗 1200V 碳化硅肖特基二极管。1200V 是由 750V 母线和 850V 光伏开路电压决定的，两电平四桥臂比三电平省一半器件；20mΩ 是由中线桥臂在非线性负载下 1.63 倍相电流的持续工况决定的，而不是由效率或 1.5 倍过载决定的。40mΩ 留在电流有效值只有 10A 左右的 DAB 高压侧和光伏升压位置，在那里它的输出电容更小，零电压开关更容易守住。

功率位置	倾佳杨茜代理的产品	规格	单机用量	选它的理由
逆变三相桥臂与中线桥臂	倾佳杨茜代理的 1200V/20mΩ 碳化硅 MOSFET 单管（TO-247-4 开尔文源极）	1200V/20mΩ，R_th,jc ≤0.32K/W，短路耐受 ≥3µs@700V	8	中线管在 1.63 倍相电流下结温 100℃，40mΩ 为 114℃
DAB 高压侧（两路全桥）	倾佳杨茜代理的 1200V/40mΩ 碳化硅 MOSFET 单管（TO-247-4 开尔文源极）	1200V/40mΩ，R_th,jc ≤0.55K/W	8	700V 下零电压开通，100kHz，单管 4.8W
光伏升压开关	同上	同上	2	与 DAB 同料号，典型点单管 9.9W
光伏升压二极管	倾佳杨茜代理的 1200V/20A 碳化硅肖特基二极管（TO-247-2）	1200V/20A	2	无反向恢复，杜绝母线向组串倒灌
辅助电源（光伏黑启动）	倾佳杨茜代理的 1700V 小电流碳化硅 MOSFET 单管	1700V/1Ω 级	1	850V 光伏开路加反射电压和尖峰，单管反激需要 1700V

驱动与隔离电源：倾佳杨茜代理的隔离驱动芯片，带有源米勒钳位、退饱和检测和软关断，共模瞬态抗扰度 ≥150V/ns，加强绝缘，单机 18 通道；倾佳杨茜代理的隔离驱动电源，+18V/-4V 输出，隔离电容 ≤3.5pF，工作绝缘电压按 1000V 直流，单机 11 路，与 01 篇同一型谱。本机全部为单管，不需要即插即用驱动板。

安费诺连接器清单：安费诺储能大电流连接器，用于 48V 电池端，每路 DAB 一对，200A 档共两对；安费诺 HVSL 高压连接器，用于主功率板、两块 DAB 板与光伏输入板之间的 700V 母线和光伏回路互连。

建议新开规格：

1200V/20mΩ 四桥臂八开关碳化硅模块。内置 NTC，每个桥臂换流回路杂散电感 ≤15nH，结到散热器热阻按单开关 ≤0.55K/W，引脚按 1000V 加强绝缘爬电布置。理由是三相四线离网机是一个稳定的品类，四桥臂做成一个模块可以把 8 颗单管、8 次绝缘装配和 8 个热界面压缩成一次，中线桥臂和相桥臂的热耦合也更均匀。

1200V/40mΩ 全桥四开关碳化硅模块。面向 DAB 高压侧，两路 DAB 各用一只，换流回路杂散电感 ≤10nH，内置 NTC。理由是 100kHz 下单管布局的杂散电感是关断尖峰和振荡的主要来源，全桥模块同时适用于本系列其他 700V 母线机型的隔离级。

倾佳杨茜，力推碳化硅

审核编辑 黄宇