用于汽車應(yīng)用的下一代高壓分立電源產(chǎn)品

電動(dòng)汽車的普及將功率半導(dǎo)體性能的界限推向了一個(gè)新的水平。硅功率器件傳統(tǒng)上用于控制汽車中的各種電力電子系統(tǒng)，例如主逆變電機(jī)、泵、暖通空調(diào)壓縮機(jī)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。碳化硅（SiC）等化合物半導(dǎo)體器件的最新進(jìn)展提高了車輛中大多數(shù)系統(tǒng)的效率。SiC 器件的某些特性，例如低傳導(dǎo)和開(kāi)關(guān)損耗、零恢復(fù)體二極管和高工作結(jié)溫，使該技術(shù)非常適合效率至關(guān)重要的汽車應(yīng)用。

近 20 年來(lái)，硅基 IGBT 一直是 300V 至 1000V 之間的中壓汽車應(yīng)用的首選器件。與 IGBT 技術(shù)相比，碳化硅技術(shù)解決了與 IGBT 相同的汽車應(yīng)用，具有更低的傳導(dǎo)、更低的開(kāi)關(guān)損耗和更高的熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)。圖 1 顯示了 IGBT 和 SiC Mosfet 的正向特性比較。SiC Mosfet 的行為類似于電阻器，其電壓降與通過(guò)器件的電流成正比。IGBT 是一種少數(shù)載流子器件，具有類似 PN 結(jié)的行為，類似于二極管，無(wú)論通過(guò)它的電流如何，器件兩端的典型電壓降為 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(kāi)關(guān)特性和損耗與其芯片溫度無(wú)關(guān)。隨著 SiC Mosfet 的結(jié)溫升高，其開(kāi)關(guān)損耗保持不變，從而使 SiC Mosfet 具有比 IGBT 更高的工作電流能力。對(duì)于 IGBT，結(jié)溫的升高會(huì)降低器件的運(yùn)行速度，從而進(jìn)一步增加其開(kāi)關(guān)損耗。這些現(xiàn)象將限制 IGBT 的工作電流低于類似尺寸的 SiC Mosfet。圖 2 說(shuō)明了 SiC Mosfet 和 IGBT 的電流轉(zhuǎn)換行為，其中顯示 IGBT 的開(kāi)關(guān)時(shí)間和峰值電流增加，而這兩個(gè)量對(duì)于 SiC Mosfet 保持不變。

圖 2：當(dāng) SiC Mosfet 恒定時(shí)，IGBT 的開(kāi)關(guān)電流特性隨溫度變化。

可以從 SiC 技術(shù)中獲得的第二個(gè)最重要的改進(jìn)是電動(dòng)汽車的車載充電器（OBC）應(yīng)用。在這里，SiC Mosfets 將通過(guò)從設(shè)計(jì)中消除傳統(tǒng)的線頻整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)最高效的圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）拓?fù)?。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也非常適用于雙向功率流的要求，在這種情況下，某些地區(qū)和市政當(dāng)局未來(lái)需要車輛將能量送回電網(wǎng)。PFC 下游的轉(zhuǎn)換器是 CLLC DC/DC 轉(zhuǎn)換器，車輛動(dòng)力電池連接到該轉(zhuǎn)換器。在這里，DC/DC 轉(zhuǎn)換器的初級(jí)和次級(jí)側(cè)都可以從 SiC 器件中受益匪淺。圖 3 說(shuō)明了通過(guò)引入 SiC Mosfets 實(shí)現(xiàn)的雙向 OBC 拓?fù)洹?/p>

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

設(shè)備封裝也是一個(gè)重要的話題。TO247 中的傳統(tǒng)通孔器件已成為許多 OBC 設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。然而，裝配自動(dòng)化需要具有適當(dāng)封裝爬電距離和間隙的表面貼裝器件（SMD）以降低成本。使用 SMD 器件，整個(gè)印刷電路板組件和功率器件可以在一個(gè)步驟中組裝。具有高爬電距離和開(kāi)爾文源極連接的最新 PG-TO263-7pin 封裝適用于 1200V SiC Mosfets。PG-TO263-2pin 封裝適用于完全去除中間引腳以滿足爬電要求的 SiC 二極管器件。此外，頂部冷卻表面貼裝器件將通過(guò)降低從封裝到冷卻器的熱阻，同時(shí)簡(jiǎn)化功率器件組裝，進(jìn)一步提高 SiC 器件的性能。PG-HDSOP-22 （QDPAK）封裝是英飛凌的創(chuàng)新封裝，可完美滿足頂部冷卻要求。QDPAK 在表面貼裝封裝中提供開(kāi)爾文源連接和高爬電距離。隨著電流的增加，TO247-4 引腳也被規(guī)劃為具有相同標(biāo)準(zhǔn)，即在大電流承載能力封裝中提供開(kāi)爾文源和高爬電距離。為了補(bǔ)充 SiC Mosfet 和二極管產(chǎn)品，英飛凌還為 IGBT、二極管和超結(jié) Mosfet 的傳統(tǒng)硅技術(shù)提供了這些封裝。從效率、成本和易于組裝的角度來(lái)看，這將為 OBC 應(yīng)用提供完整的解決方案。圖 4 展示了英飛凌針對(duì) OBC 應(yīng)用的創(chuàng)新封裝。QDPAK 在表面貼裝封裝中提供開(kāi)爾文源連接和高爬電距離。隨著電流的增加，TO247-4 引腳也被規(guī)劃為具有相同標(biāo)準(zhǔn)，即在大電流承載能力封裝中提供開(kāi)爾文源和高爬電距離。為了補(bǔ)充 SiC Mosfet 和二極管產(chǎn)品，英飛凌還為 IGBT、二極管和超結(jié) Mosfet 的傳統(tǒng)硅技術(shù)提供了這些封裝。從效率、成本和易于組裝的角度來(lái)看，這將為 OBC 應(yīng)用提供完整的解決方案。圖 4 展示了英飛凌針對(duì) OBC 應(yīng)用的創(chuàng)新封裝。QDPAK 在表面貼裝封裝中提供開(kāi)爾文源連接和高爬電距離。隨著電流的增加，TO247-4 引腳也被規(guī)劃為具有相同標(biāo)準(zhǔn)，即在大電流承載能力封裝中提供開(kāi)爾文源和高爬電距離。為了補(bǔ)充 SiC Mosfet 和二極管產(chǎn)品，英飛凌還為 IGBT、二極管和超結(jié) Mosfet 的傳統(tǒng)硅技術(shù)提供了這些封裝。從效率、成本和易于組裝的角度來(lái)看，這將為 OBC 應(yīng)用提供完整的解決方案。圖 4 展示了英飛凌針對(duì) OBC 應(yīng)用的創(chuàng)新封裝。為了補(bǔ)充 SiC Mosfet 和二極管產(chǎn)品，英飛凌還為 IGBT、二極管和超結(jié) Mosfet 的傳統(tǒng)硅技術(shù)提供了這些封裝。從效率、成本和易于組裝的角度來(lái)看，這將為 OBC 應(yīng)用提供完整的解決方案。圖 4 展示了英飛凌針對(duì) OBC 應(yīng)用的創(chuàng)新封裝。為了補(bǔ)充 SiC Mosfet 和二極管產(chǎn)品，英飛凌還為 IGBT、二極管和超結(jié) Mosfet 的傳統(tǒng)硅技術(shù)提供了這些封裝。從效率、成本和易于組裝的角度來(lái)看，這將為 OBC 應(yīng)用提供完整的解決方案。圖 4 展示了英飛凌針對(duì) OBC 應(yīng)用的創(chuàng)新封裝。