CISSOID 最近發(fā)布了專為降低開關(guān)損耗或提高功率而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(chǎn)品系列。在接受 CISSOID 首席技術(shù)官 Pierre Delatte 采訪時指出，新模塊要么基于用于液冷的輕型針翅基板，要么基于扁平基板，以滿足航空航天領(lǐng)域?qū)ψ匀粚α骰驈娭评鋮s的需求。在專用工業(yè)應(yīng)用中，具有集成的 3 相 SiC MOSFET 器件。

“在航空航天領(lǐng)域，除了用于機電執(zhí)行器的傳統(tǒng)電機驅(qū)動器或用于與飛機電氣化相關(guān)的機載能源發(fā)電的電源轉(zhuǎn)換器之外，CISSOID還參與了一些有趣的項目，以解決電氣制動和高速電機的新概念。在電動汽車應(yīng)用中，我們的碳化硅 （SiC） 智能功率模塊旨在用于高壓牽引逆變器，其中 SiC 技術(shù)將發(fā)揮重要作用，”Pierre Delatte 解釋說。

用于電動汽車和航空航天的碳化硅

作為寬帶隙半導(dǎo)體，碳化硅表現(xiàn)出比硅更大的帶隙能量（3.2eV，大約是硅的三倍，等于1.1eV）。由于需要更多的能量來激發(fā)半導(dǎo)體導(dǎo)電帶中的價電子，因此可以實現(xiàn)更高的擊穿電壓、更高的效率和更好的高溫?zé)岱€(wěn)定性。SiC MOSFET 的主要優(yōu)點是漏源極導(dǎo)通電阻 （R DS（ON） ） 低，在相同擊穿電壓下比硅器件低 300-400 倍。因此，基于 SiC 的功率器件能夠提供更高的功率水平，最大限度地減少功率損耗，同時提高效率并減少組件占用空間。

“如今，對 SiC 功率器件的強勁需求推高了價格和交貨時間。由于特斯拉在其主逆變器中采用了該技術(shù)，因此所有電動汽車制造商都在轉(zhuǎn)向使用 SiC 功率模塊。”Pierre Delatte 繼續(xù)說道。

在航空航天領(lǐng)域，采用 SiC 的主要動機是該技術(shù)提供的重量減輕，這得益于更低的損耗和更好的熱特性，從而降低了冷卻要求。

導(dǎo)熱性確實是一個額外的關(guān)鍵特性，表明提取半導(dǎo)體器件功率損耗產(chǎn)生的熱量是多么容易，防止器件的工作溫度危險地上升。對于熱導(dǎo)率低的半導(dǎo)體器件，如硅，更難以保持較低的工作溫度。為此，引入了一種特定的操作模式，稱為降額，通過該模式引入性能的部分降低，以便在高溫下不損害組件。

碳化硅設(shè)計

基于 SiC 的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計專注于實現(xiàn)高功率密度。集成的柵極驅(qū)動器可防止寄生導(dǎo)通；去飽和檢測和軟關(guān)斷 （SSD） 對短路事件做出快速但安全的反應(yīng)。

基于針鰭基板的 Cissoid 新型液冷模塊的額定阻斷電壓為 1200V，最大連續(xù)電流為 340A 至 550A。導(dǎo)通電阻從 2.53 mOhm 到 4.19 mOhm 不等，具體取決于額定電流?？傞_關(guān)能量在 600V/300A 時低至 7.48 mJ （Eon） 和 7.39 mJ （Eoff）。根據(jù) Pierre Delatte 的說法，“智能電源模塊 （IPM） 傳統(tǒng)上意味著電源模塊和柵極驅(qū)動器的集成。電源模塊和柵極驅(qū)動器的協(xié)同設(shè)計可以通過仔細調(diào)整 dV/dt 和控制快速開關(guān)固有的電壓過沖來優(yōu)化 IPM 以實現(xiàn)最低開關(guān)能量。柵極驅(qū)動器的溫度穩(wěn)定性還有助于其與通常耗散數(shù)百瓦的功率模塊緊密集成。

通過解決驅(qū)動快速開關(guān) SiC 晶體管的挑戰(zhàn)，Pierre Delatte 強調(diào)該 IPM 平臺使客戶能夠加快設(shè)計速度?！拔覀冞€致力于為我們的 IPM 解決方案添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 的電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計，”他說。

圖 1：帶有扁平（左）和針鰭（右）底板的 SiC 智能功率模塊

新型風(fēng)冷模塊專為無法使用液體冷卻的應(yīng)用而設(shè)計，例如航空航天機電執(zhí)行器和電源轉(zhuǎn)換器。Pierre Delatte 解釋了這個 IPM 平臺是如何被創(chuàng)建來加速基于 SiC 的電機驅(qū)動器的電動汽車開發(fā)的，現(xiàn)在正在整個航空航天領(lǐng)域推廣。

“我們用乙二醇 （50%） 和水 （50%） 的混合物表征了電源模塊的熱阻抗，水是電動汽車 （EV） 中常用的冷卻劑。人們還可以使用我們的參考冷卻器（見圖）使用自己的冷卻劑輕松測試模塊。該冷卻器可以用 PA12 材料 3D 打?。▓D 2）。進出的溫度和壓力由專用傳感器測量，”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領(lǐng)域至關(guān)重要，這使得碳化硅 （SiC） 技術(shù)非常有價值。碳化硅可實現(xiàn)更低的開關(guān)損耗和更高的工作溫度，這將使航空電源轉(zhuǎn)換器更容易冷卻、更緊湊、更輕。

“我們的 SiC IPM 平臺能夠在高達 175°C（結(jié)溫）的溫度下工作，而且柵極驅(qū)動板的額定工作溫度高達 125°C（環(huán)境溫度）以支持高功率密度。在航空航天領(lǐng)域，液冷很少是一種選擇。因此，CISSOID 提出了一種帶有扁平基板（見圖 1）的電源模塊，用于強制風(fēng)冷或自然對流。底板采用 AlSiC 材料，比傳統(tǒng)使用的銅更輕，”Pierre Delatte 總結(jié)道。

隨著碳化硅在更廣泛的應(yīng)用中采用的增長，早期的 SiC 用戶已經(jīng)在汽車、工業(yè)、航空航天和國防領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了優(yōu)勢。成功將繼續(xù)依賴于驗證 SiC 器件可靠性和堅固性的能力。隨著開發(fā)人員采用整體解決方案戰(zhàn)略，他們將需要獲得由完整可靠的全球供應(yīng)鏈和所有必要的設(shè)計模擬和開發(fā)工具支持的綜合產(chǎn)品組合。