面向汽车应用的下一代高压离散电源产品-电子发烧友网

电动汽车的激增将功率半导体性能的边界推向了新的高度。传统上，硅功率器件已用于控制汽车中的各种功率电子系统，例如用于主逆变器电机，泵，HVAC压缩机，制动和转向系统。诸如碳化硅（SiC）之类的化合物半导体器件的最新发展使得能够提高车辆中大多数系统的效率。SiC器件的某些特性，例如低导通和开关损耗，零恢复体二极管以及较高的工作结温，使该技术非常适合以效率为关键的汽车应用。

近20年来，硅基IGBT已成为300V至1000V中压汽车应用中的首选器件。SiC技术可解决与IGBT相同的汽车应用，与IGBT技术相比具有诸如更低的传导性，更低的开关损耗和更高的导热性等优点。图1显示了IGBT和SiC Mosfet的正向特性比较。SiC Mosfet的行为类似于电阻，其压降与流经器件的电流成正比。IGBT是一种具有PN结的少数载流子器件，其行为类似于二极管，无论流过该器件的电流如何，该器件两端的典型压降为0.7V。

图1：SiC Mosfet和IGBT的正向特性。SiC Mosfet的行为类似于电阻器，而IGBT具有固定的0.7V PN结压降。

此外，SiC Mosfet的开关特性和损耗与芯片温度无关。随着SiC Mosfet结温的升高，其开关损耗保持恒定，从而使SiC Mosfet具有比IGBT高的工作电流能力。对于IGBT，结温的升高将使器件变慢，这将进一步增加其开关损耗。这些现象将限制IGBT的工作电流，使其低于类似尺寸的SiC Mosfet的工作电流。图2说明了SiC Mosfet和IGBT的电流转换行为，显示了IGBT的开关时间和峰值电流增加，而这两个量对于SiC Mosfet保持恒定。

图2：IGBT的开关电流特性随温度变化而SiC Mosfet恒定。

SiC技术可带来的第二个最重要的改进是电动车辆的车载充电器（OBC）应用。此处，SiC Mosfet通过从设计中省去传统的线路频率整流器，可以实现最有效的图腾柱功率因数校正（PFC）拓扑。这种拓扑结构还非常适合双向功率流的需求，在将来，某些地区和市政当局要求车辆将能量输送回电网。PFC下游的转换器是CLLC DC / DC转换器，连接了车辆推进电池。在这里，DC / DC转换器的初级和次级侧都可以从SiC器件中受益匪浅。图3说明了通过引入SiC Mosfets实现的双向OBC拓扑。

图3：三相图腾柱PFC，后接全桥CLLC，用于通过SiC Mosfet技术实现的双向OBC。

设备包装也是一个重要的话题。TO247中的传统通孔设备已成为许多OBC设计中的标准配置。但是，组装自动化要求表面贴装设备（SMD）具有适当的封装爬电距离和电气间隙，以降低成本。使用SMD设备，整个带有电源设备的印刷电路板组件可以在一个步骤中组装。最新的PG-TO263-7pin封装具有高爬电距离和Kelvin源连接，可解决1200V SiC Mosfet的问题。PG-TO263-2pin封装适用于SiC二极管器件，其中中间引脚已完全移除以解决爬电要求。

此外，顶侧冷却表面贴装器件将通过减少从封装到冷却器的热阻，同时简化功率器件的组装，进一步提高SiC器件的性能。PG-HDSOP-22（QDPAK）封装是英飞凌创新的封装，可完美满足顶部散热要求。QDPAK采用表面贴装封装，提供开尔文源连接和高爬电距离。随着电流的增加，还计划采用TO247-4pin相同的标准，即在具有大电流承载能力的封装中提供开尔文源和高爬电距离。为了补充SiC Mosfet和二极管产品，英飞凌还使这些封装可用于IGBT，二极管和超结Mosfet的传统硅技术。从效率，成本和易于组装的角度来看，这将为OBC应用提供一个完整的解决方案。

图4展示了来自英飞凌针对OBC应用的创新软件包。QDPAK采用表面贴装封装，提供开尔文源连接和高爬电距离。随着电流的增加，还计划采用TO247-4pin相同的标准，即在具有大电流承载能力的封装中提供开尔文源和高爬电距离。为了补充SiC Mosfet和二极管产品，英飞凌还使这些封装可用于IGBT，二极管和超结Mosfet的传统硅技术。从效率，成本和易于组装的角度来看，这将为OBC应用提供一个完整的解决方案。图4展示了来自英飞凌针对OBC应用的创新软件包。为了补充SiC Mosfet和二极管产品，英飞凌还使这些封装可用于IGBT，二极管和超结Mosfet的传统硅技术。从效率，成本和易于组装的角度来看，这将为OBC应用提供一个完整的解决方案。图4展示了来自英飞凌针对OBC应用的创新软件包。为了补充SiC Mosfet和二极管产品，英飞凌还使这些封装可用于IGBT，二极管和超结Mosfet的传统硅技术。从效率，成本和易于组装的角度来看，这将为OBC应用提供一个完整的解决方案。图4展示了来自英飞凌针对OBC应用的创新软件包。