英飞凌推出适用于电动汽车牵引逆变器的汽车级碳化硅功率模块

在今年的虚拟 PCIM 贸易展上，英飞凌科技发布了一款基于成熟的、市场领先的 CoolSiC MOSFET 技术的新型汽车电源模块。HybridPACK Drive CoolSiC 具有 1200 V 阻断电压的六组全桥模块，针对电动汽车 (EV) 中的牵引逆变器进行了优化。该功率模块建立在英飞凌的 CoolSiC 沟槽 MOSFET 技术之上，能够在高性能应用中实现高功率密度，并保持高可靠性。这种创新的功率器件适用于汽车应用，特别适用于 EV 逆变器，尤其是具有 800-V 电池系统和更大电池容量的车辆。它提供更高的效率、更长的续航里程和更低的电池成本，还为传统的基于硅的解决方案提供了轻松的功率升级。

电动车牵引逆变器

功率半导体是实现节能世界的关键。碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等新技术可实现更高的功率效率、更小的外形尺寸和更轻的重量。特别是碳化硅是一种宽带隙材料，能够克服传统硅基功率器件所提供的限制。它能够承受更高的工作电压、电流和开关频率，加上高效率和出色的热管理，使该半导体成为包括汽车在内的多种电源应用中硅的理想替代品。用于 EV 牵引逆变器的碳化硅已确认支持更长的行驶里程和更高效的驾驶循环性能。如图 1 所示，它指的是四轮驱动配置，HybridPACK 电源模块可以很容易地包含在电动汽车的设计中。后桥配备了 HybridPACK Drive CoolSiC MOSFET，这是一种新颖的解决方案，由于引入了碳化硅，因此能够提供更长的续航里程，或者作为替代方案，能够在相同的续航里程下减小电池尺寸，有助于降低系统成本。从图 1 中可以看出，碳化硅并不是要完全取代硅，但是两种技术可以在同一应用中共存。在示例配置中，HybridPACK Drive IGBT 安装在前桥上，该解决方案非常适合“按需”全轮驱动系统。在正常行驶条件下，只有后桥有动力。每当检测到车轮打滑时，牵引力控制装置也在前桥上传递扭矩。在大多数车辆中，这种情况发生的概率大约为 5% 到 10%，因此基于硅的 IGBT 解决方案有助于降低成本。因此，我们可以在同一辆车的两个车轴上同时使用 IGBT 和 SiC 技术，每种技术都有自己的特定性能。硅用于需要以最低成本获得峰值性能的地方，而碳化硅则用于效率是真正驱动因素的地方。

“电动全球模块化平台 (E-GMP) 的 800 V 系统代表了缩短充电时间的下一代电动汽车的技术基础，”现代汽车电气化开发团队负责人 Jin-Hwan Jung 博士说团体。“通过使用基于英飞凌 CoolSiC 功率模块的牵引逆变器，我们能够将车辆的行驶里程增加 5% 以上，因为与基于硅的解决方案相比，这种 SiC 解决方案的损耗更低，从而提高了效率。”

HybridPACKDrive 电源模块系列旨在满足汽车市场的大批量生产、高稳健性、高功率密度和低成本要求。

英飞凌创新和新兴技术负责人 Mark Münzer 表示：“汽车电动汽车市场已经变得高度活跃，为创意和创新铺平了道路。” “随着 SiC 器件的价格显着下降，SiC 解决方案的商业化将加速，从而产生采用 SiC 技术的更具成本效益的平台，以提高电动汽车的续航里程。”

英飞凌碳化硅沟槽技术

HybridPACK Drive 于 2017 年首次推出，采用英飞凌的硅 EDT2 技术，经过专门优化，可在实际驾驶循环中提供最佳效率。该产品在 750 V 和 1200 V 等级内提供 100 kW 至 180 kW 的可扩展功率范围，是英飞凌市场领先的功率模块，为 20 多个电动汽车平台出货超过 100 万件。由于这是一个质量标准，很明显可以通过在其设计中集成碳化硅来增强已经很好的产品。所有这些客户现在都有机会查看他们的汽车产品组合，看看他们用碳化硅升级他们的设计是否有意义。因为外形因素，即机械设计，保持不变，

新的 CoolSiC 版本基于英飞凌的碳化硅沟槽 MOSFET 结构，其性能优于传统平面结构，可实现更高的单元密度并实现同类最佳的品质因数。因此，沟槽 MOSFET 可以在较低的栅极氧化物场强下运行，从而提高可靠性。

碳化硅 MOSFET 结构比较

英飞凌的沟槽 MOSFET 结构没有充分发挥性能潜力，而是旨在提供更高的可靠性。

HybridPACK 电源模块提供了一条从硅到碳化硅的简单升级路径，占用空间相同。这使得逆变器设计能够在 1200 V 级别实现高达 250 kW 的更高功率、更大的行驶里程、更小的电池尺寸以及优化的系统尺寸和成本。为了为不同的功率级别提供最佳的性价比，该产品提供两个不同芯片数量的版本，从而在 1200 V 等级中提供 400 A 或 200 A DC 额定版本。

英飞凌已经在为第二代碳化硅技术（SiC GEN2）做准备。今天的第一代 HybridPACK Drive SiC 功率模块系列将得到扩展，不仅提供 1200 V，还提供 700 V 阻断电压能力。

第一代 CoolSiC 汽车 MOSFET 技术针对牵引逆变器进行了优化，重点是实现最低的传导损耗，尤其是在部分负载条件下。结合碳化硅 MOSFET 的低开关损耗，这可以提高逆变器操作的效率，与硅 IGBT 相比。

除了优化性能，英飞凌非常重视可靠性。汽车 CoolSiC™ MOSFET 的设计和测试旨在实现短路稳健性以及高度的宇宙射线和栅极氧化物稳健性，这是设计高效可靠的汽车牵引逆变器和其他高压应用的关键。HybridPACK Drive CoolSiC 电源模块完全符合汽车电源模块的 AQG324 规范。

审核编辑 黄昊宇