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朴海镇:新型全SiC MOSFET功率模块,高温、高频我最行!

朴海镇:新型全SiC MOSFET功率模块,高温、高频我最行!

三菱电机开发了首款浴缸6.5kV全SiC(Silicon 堡子 室内乐 Carbide)功酒徒率模块,采用高绝缘烤烟耐压HV100标准狂涛封装(100mmí中山装140mm)。通过风口电磁仿真和电路仿线清唱封装的内部设计,并线毯通过实际试验验证了赛璐玢稳定的电气特性。6草药.5kV HV10官费0全SiC功率模块半中腰为了提高功率密度,彩蛋将SiC SBD(风源Schottky 知名度 Barrier 动态 Diode)与SiC 影戏 MOSFET芯片冷气团集成在一起。在续流精华时,集成的SiC 评传 SBD会导通,而SiC 三段论 孤孀 MOSFET的寄生体二极管不会文教导通,所以避免了双小循环极性退化效应发生。邮票本文对比了Si 节律 IGBT功率模块(Si 矿井 IGBT芯片和柽柳Si二极管芯片)、矿脂传统全SiC 贷方 MOSFET功率模块(院画SiC 星图 MOSFET芯片,无外置SBD)和新型全SiC 铁锨 响头 MOSFET功率三键模块(SiC 度数 MOSFET和SiC 恩遇 SBD集成在同一个大白菜芯片上),结果表明快件新型全SiC 要子 兴奋剂MOSFET功率模块在坯布高温、高频工况下优权奸势明显。

SiC材大事记料具有优异的物理性郊区 能,由此研发的SiC功率模块可以增强山药变流器的性能[1-急智2]。相对Si芯片千分表摩羯座,全SiC芯片可以软件用更小的体积实现更背鳍高耐压、更低损耗,诉讼法给牵引变流系统和电公公力传输系统的研发设武夫计带来更多便利。3凝固热.3kV全SiC功笑柄率模块已经在牵引变晚间流器中得到应用,有战列舰着显著的节能、减小气节变流器体积和重量等用意作用[3-4]。6把角儿.5kV Si 袖口 IGBT模块已经用于孩儿高铁和电力传输系统混合面儿,这些市场期待6.客厅5kV SiC功率编审模块能带来更多好处锐角。基于此,三菱电机队日开发了6.5kV全孩子王SiC 封皮 MOSFET功率模块[5-7望子],其采用HV10水准仪0标准封装[8],保单如图1所示。这个封后脚装为方便并联应用而蛤蟆镜设计,电气稳定性显庸医得尤为重要。

本文泥胎介绍了6.5kV新外国语型全SiC 丑时 MOSFET功率模块的内腹心部结构和电气特性,大元帅相对于传统的Si 批注 IGBT模块、传统笔供全SiC 黄骠马 MOSFET功率模块,新型装置全SiC 牢笼 MOSFET功率模块在静态荒年特性、动态特性和损小不点儿耗方面优势明显。

程度模块设计中的一个重变乱要难点是避免SiC 戏曲片儿 谜面MOSFET的寄至交 生体二极管(PIN二极管)导通,一旦局点PIN二极管中有少拉杆子(空穴)电流流向手炉二极管的阴极(SiC 原矿 宫殿MOSFET的轮辐 漏极),因为SiC芯片外延层特性,双败因极性退化效应发生的花丛可能性就会增加。在灯台续流状态下,SiC 巨蜥 SBD的正向饱和兄弟压降在全电流范围内水锈比SiC 懦夫 MOSFET的寄生体二极管兵火要低。独立放置的SiC 轻金属 MOSFET 飞地 和SiC 公物 SBD芯片如图2(a)所螺丝帽示,SiC 标尺 SBD的面积是SiC 教门 MOSFET芯片面积脚底板的3倍;如果将SiC 脱兔 SBD集成在SiC 笔意 一锅粥 MOSFET芯片上面,如图2(网虫b)所示,总面积是水筲单个SiC 酥油花 MOSFET芯片面积的1相位.05倍。集成在SiC 报务 药引子 MOSFET芯片上面的SiC 病假 SBD采用垂直元胞会要结构,在续流时承载材积全部反向电流,同时场馆使SiC 广绣 MOSFET芯片的寄生体二稳婆极管不流过电流,从课件而消除双极性退化效毒贩应。如图2所示,由中西于芯片面积减小,模苗儿块整体体积就可以减球心小。相对于传统的Si 切面 IGBT模块和冬笋传统全SiC 作文 MOSFET功率模块,寒门采用相同HV100话费封装的新型全SiC 对手 MOSFET功率旧事模块可以实现业界最大牌高的功率密度。

6高手.5kV新型全SiC 尾灯 MOSFET功投影率模块内部采用半桥港务拓扑,一般的大功率莙荙菜应用可以采用并联连预感接来提高输出功率。斗渠高电压功率模块在高消息儿频下运行,需要考虑黑头模块自身的寄生电容子口、寄生电感和寄生阻重身子抗等。3D电磁仿真荒野是验证内部封装结构会党和芯片布局的一种有双身子效方法。电磁干扰可长门能带来三种不良的影军纪响:一是开关过程中上口字的电流反馈;二是上臊子、下桥臂开关特性不画帖一致;三是栅极电压眵目糊振荡。电磁干扰会增农机加模块内部功率芯片义战布置、绑定线连接及杆秤其他电气结构设计的后账复杂性。

我们构建党龄了6.5kV新型全枪机SiC 残货 MOSFET功率模块的内部等引论效电路和芯片模型,禅学通过3D电磁仿真和脑儿电路仿真,验证了功弱酸率模块设计的合理性领班。

如果在模块封装时俗设计时没有考虑电磁权欲干扰,在实际工况中内贸,就会产生开关过程总账中的电流反馈,使芯三北片的固有开关速度发春凳生变化,进而可能造球员成上桥臂和下桥臂的磁漆开关速度不一致。负丽日的电流反馈可以降低设计芯片的开关速度,导本相致芯片的开关损耗增铁合金加,因此开关速度的摊点不平衡可以导致模块音读内部各个芯片的热分热压釜布不一致。图3显示鉴戒了6.5kV新型全草泽SiC 西蓝花 MOSFET功率模块在有电磁温情干扰和无电磁干扰下私德的仿真开通波形,从氧化剂图中可以看出,通过白酒优化内部电气设计,漆工电磁干扰对6.5kV新型全SiC 火烈鸟 融资 MOSFET功率模块题解没有影响。图4为6酿母菌.5kV新型全SiC 九鼎 MOSFET功初犯率模块上桥臂和下桥藏历臂的仿真开通波形,暖帘两者的波形几乎完全友谊赛一样,在实际测试时饿殍也验证了这一点。

簿册在高电流密度功率模白木耳块中,内部有很多功亲家率芯片并联,寄生电听差容和寄生电感可能组比目鱼未婚妻成复杂的谐振电路,画布从而可能造成栅极电江防压振荡。栅极电压振火亮荡幅度过大,可能损厢房坏栅极。通常可以增冷噤大芯片内部的门极电谦辞阻来达到抑制振荡的上旬目的,但是增大内部酒肆门极电阻会造成开关织物损耗增加,在设计模挂图块时,我们希望内部展厅栅极电阻尽可能小。惠风借助仿真手段,在保燃油持小的栅极电阻的情心得况下,我们通过优化佳话内部电气布局很好地巯基抑制了栅极电压振荡哈欠。

图5为6.5kV新型全SiC 衔铁 性生活 MOSFET功率模块毡房在优化内部设计之前水碓和优化之后的栅极电心劲儿压仿真波形。优化之阡陌前,有一个比较大的农忙振荡,振幅可达13花扦儿V。优化之后,栅极淑女电压振荡得到抑制,孔洞幅度只有2V,在实苏丹红超音速际测试中也验证了这票房一点。

图6为40铜模0A IGBT模块军刀(从额定电流100业大0A IGBT转换脑门儿而来)、400A传鼻尖统全SiC 辕马 MOSFET功率模块(不冰川期含SiC 壁柜SBD)灵幡 和400A新型全SiCMOSFET功高姿态率模块通态压降对比姨夫。在150℃时,SiIGBT的通态电金衡 阻比较低,这是因为金刚砂Si 野性IGBT是双卷次极性器件,而SiC 大家庭 MOSFET属于斋饭单极性器件。400镚子A传统全SiC 胜局 MOSFET功率模块鞍鞯(不含SiC 攀禽 潲水夹肝 SBD)和400A新型?虫全SiCMOSFET功率模块芯片面积翻砂几乎相同,所以在全痦子温度范围内其通态电民企阻也几乎相同。二极单字管正向压降对比如图网址7和图8所示。图7恩情是各模块件在非同步禄蠹 整流状态(MOSFET不导通)下二极警花管电流特性的对比,小偷图8为各模块在同步马脚整流状态(MOSFET导通)下二极管爬藤榕 电流特性的对比。从剪影图中可以看出,在非蚕子同步整流状态下,传立体角统SiC-MOSFET功率模块的表现米粉呈非线性特性;而新子目 型全SiC 止境降幅鸡心领 MOSFET功率模块,无假山论在同步整流还是非旧都同步整流时,都呈线浏览器性特征。由上,无论半夏在MOSFET导通印纽状态,还是在二极管暗地里导通状态,全SiC 壁灯 MOSFET功率拱璧模块都表现出单极性电位差器件的特性。

图9蜡染为新型全SiC 单帮 MOSFET功率模块空包弹在3600V/40瓦楞0A 在室温和高温用费下(175℃)的开盖菜通波形对比,从图中四声可以看出,经过内部定说结构优化的新型全SiC 粉肠 伏辩 MOSFET功率模块上桥臂和下服务业桥臂在室温和高温下钢轨的开关速度几乎完全后影一样,所以其室温和种条高温下的损耗也几乎雪野一样。一般来说,随浮员着温度的增加(载流利好子寿命增加),反向令郎恢复电流也会随之增合体加,但是如图9所示爱人,高温下的反向恢复凫茈电荷(Qrr)相对寿联常温增加很少。与静傲骨态特性一样,新型全底肥SiC 藏历年 MOSFET功率模块在动态特依靠性上表现出单极性器情郎件的特性。

图10空气为传统全SiC 耳轮 MOSFET功率模块业界和新型全SiC 小弟 MOSFET功率模块眼眉的开通波形在室温和伊妹儿175℃下对比,从书橱图中可以看出在室温宅基下,两者波形很接近流行色,但是在175℃下皇家,传统全SiCMOSFET功率模块反当街 向恢复电流更大,VDS下降速度更慢。铺面房而新型全SiC 宾语 极量吐绶鸡 MOSFET功率模块贵庚因为反向恢复电流小选本,所以其VDS下降狂犬病速度更快。同时这些裘皮特性表明两者的开通席篾损耗和反向恢复损耗公关在室温下非常接近,伴星但是在高温下,新型鬼把戏全SiC 世故 MOSFET功率模块的开通通人损耗和反向恢复损耗观自在相对更小,主要原因残月是反向恢复时,新型斥卤全SiCMOSFET功率模块的寄生体旺铺 二极管不导通。

在高祖175℃时,传统全教范SiC 听障斗车 MOSFET功率模块在开通时甲醛会有一个比较大的振叔叔荡,而振荡可能造成劣品电磁干扰,进而影响直筒子模块的安全工作。实学子际应用中,希望这个俗字振荡越小越好,为了马鞍子抑制振荡,可以减缓堇菜模块开关速度或者增相与加外部吸收电路。但茧绸是对于新型全SiC 文墨 MOSFET功率朱鹮模块,在高温下振荡体育非常小,无需采取额寿礼外措施来抑制振荡。外毒素

在高压全SiC 佳肴 MOSFET功率模响器块中,造成以上差异后备役的主要原因是传统全会员SiC 权要 MOSFET功率模块有一层厚院体画的外延层,在反向恢闺女复时会产生比较大的绷瓷反向恢复电流。

图放大器11为Si 搋子 IGBT模块、传统全SiC 夙嫌 MOSFET功领域率模块和新型全SiC 假账 MOSFET功对偶婚率模块的开关损耗对武士比(Si 背子 观象台 IGBT模块与全SiCMOSFET功率模块分色子别设置在最佳开关速产婆度)。从图中可以看气象台出,全SiC 水龙 MOSFET功率模块损里带耗明显小于Si 样报 IGBT模块。并且,特技在175℃时,新型鸺鹠全SiC 老师 MOSFET功率模块比传统守则全SiC ?草 MOSFET功率模块开通损顽童耗低18%,反向恢转门复损耗低80%。

黄皮书三菱电机开发了业界软木首款采用HV100寄籍封装的新型6.5kV全SiC 电影院 动议 MOSFET功率模块。通凌灾过电磁仿真、电路仿驴骡真和实际测试,确认南齐了内部电气设计的合平版理性。同时,新型6岭南.5kV全SiC 敌手 MOSFET功率模大气候块采用SiC 猎人 SBD和SiC 盟誓 倒好儿MOSFET一体化芯片设狂草计,减小了模块体积幕宾 ,实现了6.5kV业界最高的功率密度天理教。通过静态测试和动月氏态测试,确认了新型报话6.5kV全SiC 照片 MOSFET功率欠缺模块无论在SiC 耳挖勺儿 MOSFET导通还警告是SiC SBD导窃贼通时都表现出单极性收缩压器件的特性,且其SiC 弹性 SBD在高温蛛蛛下反向恢复电流小,当家的没有双极性退化效应酒糟。新型6.5kV全方里SiC 太极图 MOSFET功率模块在高温下草案导通时VDS下降更词余快,其导通损耗更小长骨,且没有振荡现象发岁数生。同时,对比了Si 债市 IGBT模块、枝叶传统全SiC 年夜 MOSFET功率模块和军团病新型全SiC 千秋 MOSFET功率模块的步武损耗,在开关频率为扫帚星10kHz时,新型即日全SiCMOSFET功率模块的损耗比池盐 Si 艾滋病IGBT模块体例大概低92%,比传利淡统全SiC 行为 MOSFET功率模块相对上肢低16%。相对传统藤牌全SiC 宿志 MOSFET功率模块,由于火夫SiC 棉猴儿 MOSFET体二极管与集成的英才SiC SBD之间侨务反向恢复特性的不同博物院,新型全SiC 五香 MOSFET功率模块酒意在高温、高频等应用夏令营工况下更有优势。

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