面向汽車應(yīng)用的下一代高壓離散電源產(chǎn)品

電動汽車的激增將功率半導體性能的邊界推向了新的高度。傳統(tǒng)上，硅功率器件已用于控制汽車中的各種功率電子系統(tǒng)，例如用于主逆變器電機，泵，HVAC壓縮機，制動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。諸如碳化硅（SiC）之類的化合物半導體器件的最新發(fā)展使得能夠提高車輛中大多數(shù)系統(tǒng)的效率。SiC器件的某些特性，例如低導通和開關(guān)損耗，零恢復(fù)體二極管以及較高的工作結(jié)溫，使該技術(shù)非常適合以效率為關(guān)鍵的汽車應(yīng)用。

近20年來，硅基IGBT已成為300V至1000V中壓汽車應(yīng)用中的首選器件。SiC技術(shù)可解決與IGBT相同的汽車應(yīng)用，與IGBT技術(shù)相比具有諸如更低的傳導性，更低的開關(guān)損耗和更高的導熱性等優(yōu)點。圖1顯示了IGBT和SiC Mosfet的正向特性比較。SiC Mosfet的行為類似于電阻，其壓降與流經(jīng)器件的電流成正比。IGBT是一種具有PN結(jié)的少數(shù)載流子器件，其行為類似于二極管，無論流過該器件的電流如何，該器件兩端的典型壓降為0.7V。

圖1：SiC Mosfet和IGBT的正向特性。SiC Mosfet的行為類似于電阻器，而IGBT具有固定的0.7V PN結(jié)壓降。

此外，SiC Mosfet的開關(guān)特性和損耗與芯片溫度無關(guān)。隨著SiC Mosfet結(jié)溫的升高，其開關(guān)損耗保持恒定，從而使SiC Mosfet具有比IGBT高的工作電流能力。對于IGBT，結(jié)溫的升高將使器件變慢，這將進一步增加其開關(guān)損耗。這些現(xiàn)象將限制IGBT的工作電流，使其低于類似尺寸的SiC Mosfet的工作電流。圖2說明了SiC Mosfet和IGBT的電流轉(zhuǎn)換行為，顯示了IGBT的開關(guān)時間和峰值電流增加，而這兩個量對于SiC Mosfet保持恒定。

圖2：IGBT的開關(guān)電流特性隨溫度變化而SiC Mosfet恒定。

SiC技術(shù)可帶來的第二個最重要的改進是電動車輛的車載充電器（OBC）應(yīng)用。此處，SiC Mosfet通過從設(shè)計中省去傳統(tǒng)的線路頻率整流器，可以實現(xiàn)最有效的圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）拓撲。這種拓撲結(jié)構(gòu)還非常適合雙向功率流的需求，在將來，某些地區(qū)和市政當局要求車輛將能量輸送回電網(wǎng)。PFC下游的轉(zhuǎn)換器是CLLC DC / DC轉(zhuǎn)換器，連接了車輛推進電池。在這里，DC / DC轉(zhuǎn)換器的初級和次級側(cè)都可以從SiC器件中受益匪淺。圖3說明了通過引入SiC Mosfets實現(xiàn)的雙向OBC拓撲。

圖3：三相圖騰柱PFC，后接全橋CLLC，用于通過SiC Mosfet技術(shù)實現(xiàn)的雙向OBC。

設(shè)備包裝也是一個重要的話題。TO247中的傳統(tǒng)通孔設(shè)備已成為許多OBC設(shè)計中的標準配置。但是，組裝自動化要求表面貼裝設(shè)備（SMD）具有適當?shù)姆庋b爬電距離和電氣間隙，以降低成本。使用SMD設(shè)備，整個帶有電源設(shè)備的印刷電路板組件可以在一個步驟中組裝。最新的PG-TO263-7pin封裝具有高爬電距離和Kelvin源連接，可解決1200V SiC Mosfet的問題。PG-TO263-2pin封裝適用于SiC二極管器件，其中中間引腳已完全移除以解決爬電要求。

此外，頂側(cè)冷卻表面貼裝器件將通過減少從封裝到冷卻器的熱阻，同時簡化功率器件的組裝，進一步提高SiC器件的性能。PG-HDSOP-22（QDPAK）封裝是英飛凌創(chuàng)新的封裝，可完美滿足頂部散熱要求。QDPAK采用表面貼裝封裝，提供開爾文源連接和高爬電距離。隨著電流的增加，還計劃采用TO247-4pin相同的標準，即在具有大電流承載能力的封裝中提供開爾文源和高爬電距離。為了補充SiC Mosfet和二極管產(chǎn)品，英飛凌還使這些封裝可用于IGBT，二極管和超結(jié)Mosfet的傳統(tǒng)硅技術(shù)。從效率，成本和易于組裝的角度來看，這將為OBC應(yīng)用提供一個完整的解決方案。

圖4展示了來自英飛凌針對OBC應(yīng)用的創(chuàng)新軟件包。QDPAK采用表面貼裝封裝，提供開爾文源連接和高爬電距離。隨著電流的增加，還計劃采用TO247-4pin相同的標準，即在具有大電流承載能力的封裝中提供開爾文源和高爬電距離。為了補充SiC Mosfet和二極管產(chǎn)品，英飛凌還使這些封裝可用于IGBT，二極管和超結(jié)Mosfet的傳統(tǒng)硅技術(shù)。從效率，成本和易于組裝的角度來看，這將為OBC應(yīng)用提供一個完整的解決方案。

圖4展示了來自英飛凌針對OBC應(yīng)用的創(chuàng)新軟件包。QDPAK采用表面貼裝封裝，提供開爾文源連接和高爬電距離。隨著電流的增加，還計劃采用TO247-4pin相同的標準，即在具有大電流承載能力的封裝中提供開爾文源和高爬電距離。為了補充SiC Mosfet和二極管產(chǎn)品，英飛凌還使這些封裝可用于IGBT，二極管和超結(jié)Mosfet的傳統(tǒng)硅技術(shù)。從效率，成本和易于組裝的角度來看，這將為OBC應(yīng)用提供一個完整的解決方案。圖4展示了來自英飛凌針對OBC應(yīng)用的創(chuàng)新軟件包。為了補充SiC Mosfet和二極管產(chǎn)品，英飛凌還使這些封裝可用于IGBT，二極管和超結(jié)Mosfet的傳統(tǒng)硅技術(shù)。從效率，成本和易于組裝的角度來看，這將為OBC應(yīng)用提供一個完整的解決方案。圖4展示了來自英飛凌針對OBC應(yīng)用的創(chuàng)新軟件包。為了補充SiC Mosfet和二極管產(chǎn)品，英飛凌還使這些封裝可用于IGBT，二極管和超結(jié)Mosfet的傳統(tǒng)硅技術(shù)。從效率，成本和易于組裝的角度來看，這將為OBC應(yīng)用提供一個完整的解決方案。圖4展示了來自英飛凌針對OBC應(yīng)用的創(chuàng)新軟件包。

圖4：適用于OBC應(yīng)用的英飛凌創(chuàng)新套件

編輯：hfy