Wolfspeed 推出首款车规级@@@@SiC功率模块@@@@ EAB450M12XM3

judy -- 周二@@, 10/11/2022 - 16:58

如今@@，许多市场都受益于碳化硅@@（SiC）技术@@所带来的@@优势@@@@，尤其是汽车行业@@。相对于传统硅@@（Si）组件@@，SiC 的@@性能更高@@，使系统的@@开关速度@@、工作温度@@、功率密度@@、整体效率更高@@，同时功耗更低@@。Wolfspeed SiC 器件产品组合涵盖广泛的@@功率水平和@@应用场景@@，从用于@@低功率的@@分立器件产品@@，到行业标准尺寸以及优化尺寸的@@高功率模块@@@@产品@@，实现了功率连续性@@。EAB450M12XM3 是该大功率模块@@@@器件产品系列@@的@@最新成员@@（见下方图@@@@ 1）。

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图@@ 1：满足车规要求的@@@@ EAB450M12XM31200 V 450A SiC 半桥模块@@@@

Wolfspeed 功率模块@@@@产品线@@（如图@@@@ 2 所示@@）包括@@ WolfPACK 模块@@，这些@@模块@@提供符合行业标准的@@无基板式封装@@，工作电压@@和@@电流分别高达@@ 1.2 kV 和@@ 200 A。更高功率的@@模块@@采用优化程度更高的@@封装@@，适用于@@要求苛刻的@@应用场景@@。该组合中@@的@@所有模块@@都旨在@@实现相同的@@目标@@，即最大@@限度地提高@@功率密度@@@@、简化布局@@/组装@@、实现可扩展的@@系统和@@平台@@、最大@@限度降低人工和@@系统组件@@成本@@，同时提供最高级别的@@可靠性@@。

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图@@ 2：Wolfspeed 功率模块@@@@产品组合@@

1、XM3 系列@@

XM3 半桥模块@@@@充分利用@@ SiC 的@@优势@@，同时保持简单@@、可扩展特性@@且具有成本效益的@@尺寸@@，其重量和@@体积仅为行业标准@@ 62 毫米对等产品的@@一半@@。这些@@ XM3 模块@@可最大@@限度提高@@功率密度@@@@，同时尽可能降低回路电感和@@开关损耗@@@@。此外@@，它们还配备@@低电感母线@@互连@@、集成式温度传感器@@、配置电压@@采样引脚@@，以及具有增强功率循环能力的@@高可靠性功率基板@@。此封装可实现@@ 175 ˚C 最高结温@@，高可靠性氮化硅@@（SiN4）基板确保了在@@极端条件下的@@机械强度@@。封装为易模组化和@@可扩展性而设计@@，寄生电感低至@@ 6.5 nH（与@@类似模块@@相比@@，最多可将电感减少@@ 50%）。因此@@，XM3 非常适合用于@@各种苛刻的@@恶劣条件@@，如牵引驱动器@@、直流快速充电机和@@汽车测试设备@@等汽车应用场景@@。与@@ SemiTrans 3 或@@ EconoDual 等类似功率模块@@@@相比@@，内置@@领先@@ SiC 技术@@的@@@@ XM3 封装可以使系统设计更加紧凑@@，而且两种功率模块@@@@具有相似的@@额定电压@@和@@电流@@（在@@ 1200 V 时高达@@ 450 A）。图@@ 3 显示了@@解封状态下@@ XM3 半桥模块@@@@的@@俯视图@@@@@@。

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 图@@ 3：Wolfspeed XM3 半桥模块@@@@，俯视图@@@@

2、EAB450M12XM3

表@@ 1 列出了@@ EAB450M12XM3 模块@@的@@最大@@参数@@@@（摘自数据表@@@@）。

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表@@ 1：EAB450M12XM3 最大@@参数@@

亮点包括@@@@ 1200 VDS max 450 A 连续漏极电流和@@@@ 175 ˚C 虚拟结温@@（在@@开关期间@@），这些@@特性@@都已经过设计验证@@。下面的@@表@@@@ 2 中@@列出了@@@@ MOSFET 特性@@（每个@@桥臂@@）的@@摘要@@。

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 表@@ 2：EAB450M12XM3 MOSFET 特性@@

上表@@中@@值@@得注意的@@参数包括@@@@ 25 ˚C 条件下的@@极低@@ RDS(on) 值@@ 2.6 mΩ 和@@低结壳热阻@@值@@@@ 0.110 ˚C/W。图@@ 4 展示了@@ MOSFET 的@@开关损耗@@@@。请注意@@，即使结温较高@@，开关损耗@@也相当恒定@@。

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图@@ 4：EAB450M12XM3 MOSFET 开关损耗@@

MOSFET 的@@体二极管的@@正向电压@@值@@为@@ 4.7 V，恢复时间值@@为@@ 52 ns（有关反向恢复性能@@及其低损耗@@的@@图@@表@@@@，请参见图@@@@ 5）。这一快速恢复时间和@@低恢复损耗特性@@大幅提高@@了@@ MOSFET 在@@开关期间@@的@@性能@@。

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 图@@ 5：EAB450M12XM3 反向恢复性能@@

内置@@ NTC 温度传感器的@@额定电阻为@@ 4.7 kΩ，容差为@@ ±1% (ΔR/R)，能够提供高精度的@@温度保护功能@@。热监控功能对于实现高可靠性至关重要@@，因此@@，通过这种实时反馈功能@@，可以帮助设计人员优化控制技术@@@@。

此外@@，专用开尔文漏极引脚可实现用于@@栅极驱动器@@过流保护的@@直接电压@@采样@@，在@@高速开关时@@，这大幅减少了由杂散电感造成的@@额外电压@@引起的@@误差@@。

3、 原理@@、引脚和@@性能图@@@@

图@@ 6 显示了@@ EAB450M12XM3 的@@内部接线@@@@。

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图@@ 6：EAB450M12XM3 内部接线@@/示意图@@和@@引脚@@

图@@ 7 和@@图@@@@ 8 显示了@@ EAB450M12XM3 的@@一些相关性能特征@@。图@@ 7 所示@@的@@输出特性@@展示了@@在@@较高结温条件下运行时@@ VDS 和@@ RDS(on) 的@@增加情况@@，并显示了@@@@ Wolfspeed 第三代@@ SiC MOSFET 技术@@提供的@@低@@ RDS(on) 温度系数@@。图@@ 8 显示了@@瞬态热阻和@@正向偏置安全工作区@@@@。如应用说明@@ CPWR-AN29 中@@所示@@@@，必须通过适当的@@安装和@@散热来管理该模块@@的@@温度@@。CRD300DA12E-XM3参考设计@@包括@@@@3个@@EAB450M12XM3模块@@，CRD600DA12E-XM3 包括@@ 6 个@@ EAB450M12XM3 模块@@，这些@@参考设计@@展示了@@一个@@完整的@@优化组合@@，其中@@包括@@模块@@@@、散热装置@@、母线@@、栅极驱动器@@、电压@@/电流传感器和@@控制器@@。可以在@@模块@@的@@数据表@@中@@查看更多性能和@@时序图@@@@。
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图@@ 7：各种漏极电流和@@结温所产生的@@特性@@@@（左@@）和@@ RDS(on)（右@@）

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图@@ 8：MOSFET 结壳热阻@@（左@@）和@@正向偏置安全工作区@@（右@@）

图@@ 9 显示了@@逆变器应用@@场景的@@载流量@@（输出电流@@）和@@开关频率之间的@@关系@@。
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图@@ 9. 输出电流@@能力与@@开关频率@@（逆变器应用@@）

4. 参考设计@@和@@支持工具@@
功率密度@@为@@ 32 kW/L [CRD300DA12E-XM3]（图@@ 10）的@@ CRD300DA12E-XM3 300 kW 高性能三相逆变器@@十分有用@@，可帮助您开始实施适用于@@各种应用场景的@@三相配置@@。它具有@@ XM3 系列@@模块@@的@@诸多优点@@，包括@@紧凑尺寸@@/轻量@@、更高功率密度@@@@、高效率@@、超低损耗@@和@@低散热设计要求@@，所有这些@@特性@@都降低了系统级成本@@。该设计的@@直流母线@@电压@@为@@ 800 V（最大@@ 900 V），电流为@@ 360 A。此外@@，还包括@@一个@@@@ Wieland MicroCool CP3012-XP 冷板@@（也如图@@@@@@ 10 所示@@），用于@@热管理@@（并降低结热阻@@），该冷板@@专门针对@@ SiC 的@@高热通量进行了优化@@。

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图@@ 10：CRD300DA12E-XM3 300 kW 高性能三相逆变器@@

参考设计@@，功率密度@@为@@ 32 kW/L [CRD300DA12E-XM3]（左@@）和@@ Wieland MicroCool 冷板@@（右@@）]

KIT-CRD-CIL12N-XM3（图@@ 11）是一个@@评估平台@@@@，使设计人员能够在@@发生电感负载开关事件时准确测量@@ Wolfspeed XM3 功率模块@@@@的@@电压@@和@@电流波形@@。这使得可以在@@精确的@@测试条件下计算开关损耗@@能量@@，以动态地评估模块@@@@，并便于进行模块@@内比较操作@@。它对应的@@栅极驱动器@@@@（也显示在@@图@@@@ 11 中@@）是直接安装的@@双通道隔离栅极驱动器@@@@，已专门针对@@ XM3 功率模块@@@@进行了优化@@。

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图@@ 11. 用于@@ MX3 半桥模块@@@@（左@@）和@@ CDG12HBXMP XM3 

栅极驱动器@@的@@@@ KIT-CRD-CIL12N-XM3 评估平台@@

此外@@，SpeedFit 2.0 设计仿真软件有助于加速设计过程@@，其仿真结果基于计算的@@损耗@@、估计的@@结温和@@实验室数据@@，适用于@@从简单降压@@/升压转换器到完全双向图@@腾柱@@ PFC 设计的@@各种常见拓扑结构@@。这有助于验证满足应用场景的@@模块@@和@@器件@@，同时为不同的@@器件和@@配置提供真正的@@比较性能@@。

5. 总结@@

概括而言@@，符合汽车标准的@@@@ EAB450M12XM3 半桥全@@ SiC 模块@@中@@包括@@具有优化的@@散热设计的@@高功率密度@@封装@@，可满足各种应用场景@@（如电机和@@牵引驱动器@@、车辆快速充电机和@@汽车测试设备@@@@）的@@要求@@。设计人员能在@@一个@@易于使用的@@封装中@@实现@@ SiC 的@@各种优势@@（高开关频率@@、低损耗@@、更高功率和@@额定温度以及更佳效率和@@可靠性@@）。该封装提供的@@端子设计@@，可以直接连接母排@@，而无需折弯或@@套管@@，实现了简单的@@低电感设计@@。其它与@@@@ EAB450M12XM3 相配合的@@车规级@@元器件可以通过新设立的@@@@ Power Applications Forum （功率应用在@@线讨论平台@@）查询@@。此外@@，还提供一些参考设计@@@@、应用说明和@@设计资源@@（如仿真软件@@），以帮助加速开发流程并为设计人员建立信心@@。敬请访问@@ Wolfspeed 网@@站@@，了解更多@@ XM3 功率模块@@@@、访问参考设计@@有关的@@信息@@。

英文原稿@@，敬请访问@@：

https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/introducing-eab450m12xm3-wolfspeeds-first-automotive-qualified-silicon-carbide-power-module/  

文章来源@@： WOLFSPEED

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