"倾佳杨茜死磕固变"这个提法在产业链里传开以后，做器件的、做磁件的、做控制的、做系统集成的，都开始对号入座。
原因不在口号本身。固态变压器（SST，业内简称固变）这道题，没有一个环节可以绕过去：电压预算算不平，器件就要降额到没有成本优势；中频变压器的绝缘做不好，整机过不了冲击试验；单元冗余不做，一年之内停机几乎是必然。
这篇文章不讲概念，直接用一台 10kV 交流输入、800V 直流输出、2.4MW的固变做算例，把每一步的数字摊开。所有数字都可以拿笔复算。
一、值不值得做：先算一笔效率账
固变最直接的价值，是把"工频变压器 + UPS + 机架电源"这条多级交流链路，压缩成"固变 + 机柜内 DC/DC"两级。
按典型效率取值：工频变压器 99.0%，双变换 UPS 97.0%，配电与线缆 99.5%，机架电源 97.5%，整条链路效率 93.2%。固变方案取固变本体 98.0%、机柜内直流变换 98.0%，整条链路效率 96.0%。
差距 2.8 个百分点，看着不大，放到 100MW 级的算力园区里就是另一个量级：
- 交流链路需要从电网取电 107.3MW，固变链路只需要 104.1MW，差 3.2MW；
- 按全年 8760 小时满载计，年节电约 2820 万度；
- 电价按 0.5 到 0.65 元/度，年省电费约 1400 万到 1800 万元。
这里要说一句不讨好的话：上面的交流链路按 UPS 双变换运行取值。如果 UPS 长期跑在高效率旁路模式（效率可到 99% 左右），差距会缩小一大截。所以固变的账不能只算效率，还要把省下的机房面积、铜缆用量和供电层级一起算进去。只拿效率说事，是把固变讲窄了。
二、2.4MW 固变长什么样
三级架构：10kV 三相交流经级联 H 桥整流，进入双有源桥（DAB）加中频变压器完成隔离降压，输出 800V 直流母线。
关键数字：
- 每相 6 个单元串联，三相共 18 个单元，单元功率 2.4MW ÷ 18 = 133kW；
- 电网侧相电压 10kV ÷ √3 = 5.77kV，相电流 138.6A（有效值），峰值 196A；
- 单元输出电流 133kW ÷ 800V = 167A，18 个单元并联后母线电流 3000A。
3000A 的直流母线，是很多人第一次算固变时才意识到的难点：800V 低压侧的母排、连接器、熔断与分断，工程难度并不比 10kV 侧小。
三、电压预算：1800V 是怎么定出来的
级联 H 桥每个单元要承担的直流电压，由相电压峰值、级联数、调制比和电网波动共同决定。
相电压峰值 = 5.77kV × √2 = 8165V。6 个单元均摊，每个 1361V。调制比取 0.9，需要 1512V。再留 10% 电网电压波动裕度，需要 1663V。向上取整，单元直流母线定为 1800V。
1800V 对应 3.3kV 等级 SiC MOSFET，利用率 55%。这个数不是随手取的。高压器件在高海拔、宇宙射线条件下存在随机失效，业内普遍把直流母线压在额定耐压的六成以内。如果把母线抬到 2000V（利用率约 61%），每相可以从 6 个单元减到 5 个，省下的是单元数，付出的是失效率，这笔账要在第六节的可靠性里还回来。
我的判断：固变的器件选型，从电压预算这一步就已经决定了。器件耐压选 3.3kV 还是 2.3kV，不是器件厂商单方面能定的，要由整机的级联数、冗余数和成本共同反推。这也是我们一直强调"按方案倒推规格"的原因。
四、中频变压器：难度一半在这里
DAB 工作频率取 20kHz，原边电压 1800V 方波，磁芯磁通密度取 0.6T，匝数与磁芯截面积的乘积：
N × Ae = V ÷ (4 × f × B) = 1800 ÷ (4 × 20000 × 0.6) = 0.0375 m² = 375 cm²
取 15 匝，磁芯截面积 25cm²，才能满足。这是一台 133kW 单元里的一个磁件，体积和重量都不小，而且纳米晶磁芯的价格、加工一致性，直接决定单元成本。
绝缘是另一个问题。10kV 系统的雷电冲击耐受要求是 75kV，原边与副边之间必须扛住。更麻烦的是 dv/dt：3.3kV SiC 器件在 1800V 母线下 100ns 内完成开关，dv/dt 达到 18kV/μs。原副边之间哪怕只有 50pF 的寄生电容，共模电流也有
I = C × dv/dt = 50pF × 18kV/μs = 0.9A
0.9A 的共模电流反复灌进控制和采样回路，驱动的隔离耐压和共模瞬态抗扰度要求就跟着上去了。选驱动，不能只看峰值电流，共模瞬态抗扰度要放在第一位。
五、损耗预算：2.13kW 怎么分
目标是整机效率 98.0%，额定总损耗 48kW。单元效率按 98.4% 设计，每个单元损耗 133kW × 1.6% = 2.13kW。
中频变压器占 27%，是单项最大损耗，比任何一个功率桥都大。三个功率桥合计 1.42kW，占 67%。要降损耗，下手最多的地方是磁件和开关损耗，而不是继续压导通电阻。
18 个单元合计 38.4kW，距离 48kW 还差 9.6kW，这部分是冷却泵与风机、控制与采样、直流侧开关、母排与连接器的损耗，占 0.4 个百分点。3000A 的母线上哪怕多出 0.1mΩ 的接触电阻，就是 0.9kW。
六、冗余不是选配：用数字说话
18 个单元串在一起，任何一个失效，整机就有停机风险。假设单个单元 MTBF 为 10 万小时（这个假设并不保守），一年失效概率 8.4%。
- 无冗余：18 个单元全年都不坏的概率只有 20.7%，也就是说，平均每五台里有四台一年内至少停机一次；
- 每相多配 1 个单元（N+1），故障单元旁路后继续运行：全年不停机概率 70.2%；
- 每相多配 2 个单元（N+2）：93.0%。
这个计算没有计入更换时间，真实情况略好，但数量级不会变。结论很直接：固变没有冗余就不具备并网运行条件，N+1 是起步，对不可停机的算力场景，N+2 更接近合理的设计。冗余多一个单元，成本增加约 1/6，而无冗余带来的停机损失远大于这笔钱。
冗余设计同样反过来约束第三节的电压预算：N+1 成立的前提，是某个单元被旁路之后，剩下的 6 个单元仍要撑住整相电压，所以 1800V 必须按旁路后的单元数来定。正常运行时 7 个单元均摊，每个单元只承担约 8165 ÷ 7 ≈ 1166V 的相电压峰值，器件应力低一截，失效率也随之下降。这是整机层面的联动，单看某一个环节算不出来。
七、"死磕"到底磕什么
把上面的数字连起来看，固变的难点其实分布在每个角色手里：
- 器件
- ：3.3kV SiC 的短路耐量、体二极管特性、封装的局部放电水平，决定电压预算能压到多低；
- 驱动
- ：共模瞬态抗扰度、隔离耐压、短路保护响应时间，决定 18kV/μs 的 dv/dt 下系统能不能稳住；
- 磁件
- ：纳米晶磁芯、绕组结构、绝缘距离，决定 375cm² 的伏秒积能不能在可接受的体积里装下；
- 控制
- ：18 个单元的均压、同步和故障旁路逻辑，决定冗余设计能不能真正生效；
- 系统
- ：3000A 直流母线的连接、分断和保护，决定固变能不能与固态断路器、直流配电打通。
没有哪个环节可以靠别人兜底。这就是"死磕"这两个字的含义：把每一伏、每一瓦、每一个失效概率算清楚，再去谈方案。
固变这个方向现在最缺的，是愿意把算例做到小数点后第二位的人。
倾佳副总杨茜-功率器件方案
