CISSOID 最近发布了专为降低开关损耗或提高功率密度而设计的新型液冷或风冷功率模块,扩展了其三相 (SiC) MOSFET 智能功率模块 (IPM) 产品系列。
CISSOID 最近发布了专为降低开关损耗或提高功率密度而设计的新型液冷或风冷功率模块,扩展了其三相 (SiC) MOSFET 智能功率模块 (IPM) 产品系列。CISSOID 首席技术官 Pierre Delatte 先生在接受采访时指出,具有集成三相 SiCMOSFET 器件的新型功率模块是基于用于液冷的轻型针翅基板,或者是基于平坦基板,以满足航空航天领域及专用工业应用中对自然对流或强制风冷的需求。
“在航空航天领域,除了用于机电执行器的传统电机驱动器或用于与飞机电气化相关的机载电力的电源转换器之外,CISSOID还参与了一些领先的项目,这些项目涉及电气制动和高速电机的新概念。在电动汽车应用中,我们的 (SiC) 智能功率模块旨在用于高压动力牵引的逆变器,其中SiC 技术将发挥了重要作用,”Pierre Delatte 解释说。
用于电动汽车和航空航天的
作为宽禁带半导体, 表现出比硅更大的带隙能量(3.2eV,大约是硅的1.1eV的三倍)。由于需要更多的能量来激发半导体导带中的价电子,因此可以实现更高的击穿电压、更高的效率和更好的高温热稳定性。SiC MOSFET 的主要优点是漏源导通电阻(RDS(ON)) 很低,在相同击穿电压下比硅器件低 300-400倍。因此,基于 SiC 的功率器件能够提供更高的功率水平,最大限度地减少功率损耗,同时提高效率并减少组件所占用的空间。
“如今,对 SiC 功率器件的强劲需求推高了价格,且拖延了交货时间。由于特斯拉在其电动车的主逆变器中采用了该技术,因此带动了所有电动汽车制造商都在趋向于使用 SiC 功率模块。”PierreDelatte 继续说道。
在航空航天领域,采用 SiC 的主要动机为了减轻重量。由于SiC 的损耗更低、热特性更好,因此冷却要求也相应降低,从而可减轻系统的重量。
导热性确实是一个额外的关键特性,它表明了扩散半导体器件中功率损耗产生热量的难易程度,高的热导能力可防止器件的工作温度上升的危险性。对于热导率低的半导体器件,如硅等,更难以保持较低的工作温度。为此,人们引入了一种特定的工作模式,称为降额,通过该模式引入了将性能限制在较低的区域,以便在高温下不损害组件。
设计
基于 SiC 的功率转换器设计专注于实现更高的功率密度。集成的栅极驱动器可防止寄生导通;去饱和检测和软关断 (SSD) 可对短路事件做出快速且安全的反应。
基于针翅基板和平面基板的 Cissoid 新型液冷或风冷功率模块的额定阻断电压为 1200V,最大连续电流为 340A 至 550A。导通电阻从 2.53 mOhm 到 4.19 mOhm 不等,具体取决于额定电流。总开关能量在 600V/300A 时低至 7.48 mJ (Eon) 和 7.39 mJ (Eoff)。根据 Pierre Delatte 的说法,“智能功率模块 (IPM) 传统上意味着功率模块和栅极驱动器的集成。功率模块和栅极驱动器的协同设计能够通过仔细调整 dV/dt 和控制快速开关固有的电压过冲来优化 IPM 以实现最低开关能量损耗。栅极驱动器的温度稳定性还有助于其与通常耗散数百瓦的功率模块紧密集成。这样,同时可减少了栅极环路寄生电感,进而有助于实现快速开关和低损耗,以避免产生寄生导通的风险。”
通过解决驱动快速开关 SiC 晶体管所面临的挑战,Pierre Delatte 强调该 IPM 平台使客户能够加快他们的设计。“我们还致力于为我们的 IPM 解决方案添加更多智能和新功能,以提高性能和集成度,同时简化基于 SiC 的功率转换器设计,”他特别指出。
新型风冷模块专为无法使用液体冷却的应用而设计,例如在航空航天中的机电执行器和电源转换器的应用。 Pierre Delatte 解释了这个 IPM 平台是如何被创建,旨在加速基于 SiC 的电机驱动器应用于电动汽车,且亦正在整个航空航天领域得以推广。
“我们采用了乙二醇 (50%) 和水 (50%) 的混合物作为参考冷却剂,用以表征功率模块的热阻抗,而水是电动汽车 (EV) 中常用的冷却剂。人们还可以使用我们的冷却器参考设计(见图),而使用自己的冷却剂轻松地测试模块。该冷却器可以用 PA12 材料 3D 打印(图 2)。冷却剂入口和出口的温度和压力由专用传感器监测,”Pierre Delatte 提到。
Pierre Delatte 还指出,功率密度和重量在航空航天领域至关重要,这使得
(SiC) 技术非常有应用价值。
可实现更低的开关损耗和更高的工作温度,这将使航空电源转换器更容易冷却、更紧凑、更轻。
“我们的 SiC IPM 平台能够在高达 175°C(结温)的温度下工作,而且栅极驱动板的额定工作温度高达 125°C(环境温度)以支持高功率密度。在航空航天领域,液冷条件一般很难具备。因此,CISSOID 提出了一种带有平面基板(见图 1 左)的功率模块,用于强制风冷或自然对流。底板采用 AlSiC 材料,比传统使用的铜更轻,”Pierre Delatte 总结道。
随着
器件应用的日益增长,且越来越广泛,在汽车、工业、航空航天和国防等领域已采用 SiC 用户体会到了许多方面的优势。其成功应用依然将继续依赖于业已验证的 SiC 器件的高可靠性和坚固性。随着开发人员日趋采用整体解决方案战略,他们将需要获得由完整可靠的全球供应链来提供所有必要的设计模拟、开发工具、及相关综合产品组合的支持。
译自Power Electronics News:Liquid-cooled Modules with integrated 3-Phase SiC MOSFET - Power Electronics News
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