SiC功率模塊的“標(biāo)稱(chēng)電流”(在數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常標(biāo)記為連續(xù)漏極電流 ID,或 Inom)是評(píng)估器件功率等級(jí)的核心參數(shù)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),它的定義是指:在特定的外殼溫度(TC)下,模塊能夠連續(xù)承載,且不會(huì)使其內(nèi)部芯片的結(jié)溫超過(guò)最大允許值(Tj(max))的最大直流(DC)電流。通常,各大廠(chǎng)商會(huì)在數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)顯著位置標(biāo)出 TC=25°C 或是 TC=90°C~100°C 時(shí)的數(shù)值。

關(guān)于它的來(lái)源,這個(gè)數(shù)值并非隨意標(biāo)定,而是主要基于熱平衡物理計(jì)算,并輔以封裝限制綜合得出的。具體來(lái)源可以分為以下兩個(gè)層面:
理論熱力學(xué)計(jì)算(核心來(lái)源)
標(biāo)稱(chēng)電流的計(jì)算基礎(chǔ)是芯片的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程。邏輯是:芯片全載導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的熱量,經(jīng)過(guò)熱阻傳導(dǎo)至外殼,此時(shí)的溫升加上外殼溫度,不能超過(guò)芯片的物理極限(通常SiC器件的 Tj(max) 為 150°C 或 175°C)。
由于SiC MOSFET在直流狀態(tài)下的損耗幾乎全部來(lái)自于導(dǎo)通損耗(Pcond=ID2×RDS(on)),我們可以通過(guò)以下公式反推出標(biāo)稱(chēng)電流:
ID=Rth(j?c)×RDS(on)@Tj(max)Tj(max)?TC
Tj(max): 最大允許結(jié)溫。
TC: 參考外殼溫度(如 25°C)。
Rth(j?c): 結(jié)到殼的穩(wěn)態(tài)熱阻(Junction-to-Case Thermal Resistance),這與模塊的DBC基板材料(如氮化鋁或氧化鋁)和焊接工藝直接相關(guān)。
RDS(on)@Tj(max): 最大結(jié)溫下的導(dǎo)通電阻。SiC器件具有正溫度系數(shù),高溫下的電阻比室溫下大得多,因此必須使用最?lèi)毫庸r下的電阻值來(lái)計(jì)算。
封裝與物理結(jié)構(gòu)的限制 (Package Limits)

在某些高性能SiC模塊中,內(nèi)部并聯(lián)的SiC芯片算出來(lái)的理論 ID 可能非常大,但最終手冊(cè)上的標(biāo)稱(chēng)電流會(huì)被“截?cái)唷?。這是因?yàn)槟K的實(shí)際載流能力還受到以下物理硬件的限制:
邦定線(xiàn) (Wire Bonds): 鋁線(xiàn)或銅線(xiàn)在通過(guò)大電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱,過(guò)高的電流會(huì)導(dǎo)致邦定線(xiàn)熔斷或脫落。
外部端子 (Power Terminals): 模塊引出的銅排端子本身有電流密度上限,超過(guò)該上限會(huì)導(dǎo)致端子過(guò)熱。
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