作者：Maurizio Di Paolo Emilio

CISSOID宣布了專門為降低開關損耗或提高功率而量身定制的新型液冷模塊，屬于其三相碳化硅（SiC）MOSFET智能功率模塊（IPM）產品系列。在接受CISSOID首席技術官Pierre Delatte的采訪時，有人指出，新模塊基于用于液體冷卻的輕質銷形翅片基板或基于平坦基板，以滿足航空和航天領域對自然對流或強制冷卻的需求。在專用工業應用中具有集成的三相SiC MOSFET器件。

“在航空航天領域，除了用于與飛機電氣化相關的用于機電致動器的傳統電動機驅動器或用于機載能量產生的功率轉換器外，CISSOID還參與了一些有趣的項目，這些項目涉及電氣制動和高速電動機的新概念。在電動汽車應用中，我們的碳化硅（SiC）智能功率模塊旨在用于SiC技術將在其中發揮重要作用的高壓牽引逆變器。”

電動汽車和航空航天用SiC

作為寬帶隙半導體，碳化硅具有比硅更大的帶隙能量（3.2eV，大約是硅的三倍，等于1.1eV）。因為需要更多的能量來激發半導體的導電帶中的價電子，所以可以獲得更高的擊穿電壓，更高的效率以及在高溫下更好的熱穩定性。SiC MOSFET的主要優點是低的漏源導通電阻（RDS（ON）），比相同擊穿電壓下的硅器件低300-400倍。因此，基于SiC的功率器件能夠提供更高的功率水平，從而最大程度地降低功率損耗，同時提高效率并減少組件占位面積。

“今天，對SiC功率器件的需求旺盛，這推動了價格和交貨時間的增加。自從特斯拉在其主逆變器中采用該技術以來，所有電動汽車制造商都在朝著使用SiC電源模塊的方向邁進。

在航空航天領域，采用SiC的主要動機是由于降低了冷卻需求，降低了損耗并改善了熱特性，從而為該技術節省了重量。

導熱率確實是一個附加的關鍵特性，表明提取半導體器件中功率損耗產生的熱量是多么容易，從而防止了器件的工作溫度危險地上升。對于諸如硅之類的具有低導熱率的基于半導體的器件，要保持較低的工作溫度更加困難。為此目的，引入了一種稱為降額的特定操作模式，通過該操作模式引入了性能的部分降低，以便在高溫下不損害部件。

碳化硅設計

基于SiC的功率轉換器設計專注于實現高功率密度。集成的柵極驅動器可防止寄生導通；脫飽和檢測和軟關斷（SSD）可以快速但安全地應對短路事件。

基于針鰭底板的新型Cissoid水冷模塊的額定阻斷電壓為1200V，最大連續電流為340A至550A。導通電阻從2.53 mOhm到4.19 mOhm不等，具體取決于額定電流。在600V / 300A時，總開關能量低至7.48 mJ（Eon）和7.39 mJ（Eoff）。根據Pierre Delatte的說法，“智能電源模塊（IPM）傳統上是指電源模塊和柵極驅動器的集成。電源模塊和柵極驅動器的共同設計可通過仔細調節dV / dt并控制快速切換所固有的電壓過沖來優化IPM，從而將開關能量降至最低。柵極驅動器的溫度魯棒性還有助于使其與通常耗散數百瓦特的功率模塊緊密集成。

通過解決驅動快速切換SiC晶體管的挑戰，Pierre Delatte高度肯定了該IPM平臺使客戶能夠加快設計速度。他說：“我們還致力于為IPM解決方案增加更多智能和新功能，以提高性能和集成度，同時簡化基于SiC的功率轉換器設計。”

圖1：帶有扁平（左）和引腳鰭（右）底板的SiC智能功率模塊

新的風冷模塊專為無法選擇液體冷卻的應用而設計，例如航空航天機電致動器和功率轉換器。Pierre Delatte解釋了該IPM平臺是如何創建的，以加快用于電動汽車的SiC基電機驅動器的開發，現已在航空航天領域得到推廣。

“我們已經通過混合乙二醇（50％）和水（50％）來表征功率模塊的熱阻，乙二醇是水（50％）是電動汽車（EV）常用的冷卻劑。人們還可以使用我們的參考冷卻器輕松地使用自己的冷卻劑測試模塊（參見圖片）。該冷卻器可以用PA12材料進行3D打印（圖2）。進出的溫度和壓力通過專用傳感器測量。” Pierre Delatte說。

圖2：基于液體的模塊

Pierre Delatte還指出，功率密度和重量在航空航天中至關重要，這使碳化硅（SiC）技術非常有價值。SiC具有較低的開關損耗和較高的工作溫度，這將使航空航天功率轉換器更易于冷卻，更緊湊，更輕便。

“我們的SiC IPM平臺能夠在高達175°C（結溫）的環境下工作，而且柵極驅動器板的額定工作溫度高達125°C（環境溫度），以支持高功率密度。在航空航天中，很少使用液體冷卻。因此，CISSOID提出了一種帶有扁平底板的電源模塊（見圖1），用于強制風冷或自然對流。底板采用AlSiC材料，比傳統的銅更輕。” Pierre Delatte總結道。

SiC的早期采用者已經在汽車，工業，航空航天和國防領域中實現了收益，因為在更廣泛的應用中采用率越來越高。成功將繼續依賴于驗證SiC器件可靠性和耐用性的能力。當開發人員采用總體解決方案策略時，他們將需要獲得完整和可靠的全球供應鏈以及所有必要的設計仿真和開發工具支持的全面產品組合。

編輯：hfy