在電力電子系統(tǒng)不斷追求高效率、高功率密度的發(fā)展趨勢下，三相四橋臂拓?fù)湟蚱涑錾娜嗖黄胶庖种颇芰挽`活的單相供電特性，被廣泛應(yīng)用于儲能變流器（PCS）、UPS等高端場景。然而，相比傳統(tǒng)的三相三橋臂結(jié)構(gòu)，四橋臂拓?fù)漭敵鲭妷弘娖綌?shù)由5個(gè)降至3個(gè)（±Udc, 0），導(dǎo)致負(fù)載電流諧波含量顯著增加，如圖1與圖2所示，電流THD從3.23%上升至4.83%。

圖1. 三相三橋臂變換器相電壓，電流波形，

電流THD=3.23%

圖2. 三相四橋臂變換器相電壓，電流波形，

電流THD=4.83%

為滿足日益嚴(yán)格的電能質(zhì)量要求，傳統(tǒng)方案通常采用多電平或多重化拓?fù)湟越档椭C波，但此類方法會顯著增加功率器件數(shù)量和系統(tǒng)復(fù)雜度。在此背景下，引入具備高頻開關(guān)能力的碳化硅（SiC）MOSFET成為一種更優(yōu)選擇——無需額外增加功率器件，即可通過提升開關(guān)頻率優(yōu)化濾波效果，從而有效控制THD。

從導(dǎo)通特性來看，SiC MOSFET展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。其輸出特性曲線在進(jìn)入飽和區(qū)前呈線性變化，在低電流區(qū)域?qū)▔航碉@著低于IGBT，進(jìn)而降低導(dǎo)通損耗。此外，SiC MOSFET支持反向?qū)ǎ晒ぷ饔谕秸髂Ｊ剑瑴p少體二極管導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)效率（見圖3）。

圖3

在開關(guān)損耗方面，SiC材料具備更高的電子漂移速度，且無拖尾電流效應(yīng)，使得其關(guān)斷損耗遠(yuǎn)低于IGBT。同時(shí)，SiC二極管反向恢復(fù)能量極低，大幅降低開通損耗。仿真數(shù)據(jù)顯示，在相同電流條件下，SiC MOSFET的總開關(guān)損耗顯著優(yōu)于IGBT，并表現(xiàn)出更低的溫度依賴性。

以額定功率125kW的工商業(yè)PCS為例，對比兩電平SiC MOSFET方案與T-NPC三電平IGBT方案在離網(wǎng)放電工況下的表現(xiàn)：

負(fù)載均衡：在THD=3.15%條件下，SiC方案所需濾波電感僅為142μH，而IGBT方案需增至223μH。SiC方案效率達(dá)99.03%，比IGBT方案（98.58%）高出約0.5個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，功率器件數(shù)量減少50%，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為簡潔。

負(fù)載不平衡（100%單相輸出）：SiC方案中各橋臂結(jié)溫差異較小，最高結(jié)溫約129.8℃；而IGBT方案第四橋臂橫管因?qū)〞r(shí)間延長，成為熱點(diǎn)，最高結(jié)溫達(dá)128.5℃。兩種方案在極端工況下的熱穩(wěn)定性接近，但SiC方案仍保持效率與結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。