在今年的虛擬 PCIM 貿(mào)易展上，英飛凌科技發(fā)布了一款基于成熟的、市場(chǎng)領(lǐng)先的 CoolSiC MOSFET 技術(shù)的新型汽車(chē)電源模塊。HybridPACK Drive CoolSiC 具有 1200 V 阻斷電壓的六組全橋模塊，針對(duì)電動(dòng)汽車(chē) (EV) 中的牽引逆變器進(jìn)行了優(yōu)化。該功率模塊建立在英飛凌的 CoolSiC 溝槽 MOSFET 技術(shù)之上，能夠在高性能應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高功率密度，并保持高可靠性。這種創(chuàng)新的功率器件適用于汽車(chē)應(yīng)用，特別適用于 EV 逆變器，尤其是具有 800-V 電池系統(tǒng)和更大電池容量的車(chē)輛。它提供更高的效率、更長(zhǎng)的續(xù)航里程和更低的電池成本，還為傳統(tǒng)的基于硅的解決方案提供了輕松的功率升級(jí)。

電動(dòng)車(chē)牽引逆變器

功率半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)節(jié)能世界的關(guān)鍵。碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高的功率效率、更小的外形尺寸和更輕的重量。特別是碳化硅是一種寬帶隙材料，能夠克服傳統(tǒng)硅基功率器件所提供的限制。它能夠承受更高的工作電壓、電流和開(kāi)關(guān)頻率，加上高效率和出色的熱管理，使該半導(dǎo)體成為包括汽車(chē)在內(nèi)的多種電源應(yīng)用中硅的理想替代品。用于 EV 牽引逆變器的碳化硅已確認(rèn)支持更長(zhǎng)的行駛里程和更高效的駕駛循環(huán)性能。如圖 1 所示，它指的是四輪驅(qū)動(dòng)配置，HybridPACK 電源模塊可以很容易地包含在電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)中。后橋配備了 HybridPACK Drive CoolSiC MOSFET，這是一種新穎的解決方案，由于引入了碳化硅，因此能夠提供更長(zhǎng)的續(xù)航里程，或者作為替代方案，能夠在相同的續(xù)航里程下減小電池尺寸，有助于降低系統(tǒng)成本。從圖 1 中可以看出，碳化硅并不是要完全取代硅，但是兩種技術(shù)可以在同一應(yīng)用中共存。在示例配置中，HybridPACK Drive IGBT 安裝在前橋上，該解決方案非常適合“按需”全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在正常行駛條件下，只有后橋有動(dòng)力。每當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輪打滑時(shí)，牽引力控制裝置也在前橋上傳遞扭矩。在大多數(shù)車(chē)輛中，這種情況發(fā)生的概率大約為 5% 到 10%，因此基于硅的 IGBT 解決方案有助于降低成本。因此，我們可以在同一輛車(chē)的兩個(gè)車(chē)軸上同時(shí)使用 IGBT 和 SiC 技術(shù)，每種技術(shù)都有自己的特定性能。硅用于需要以最低成本獲得峰值性能的地方，而碳化硅則用于效率是真正驅(qū)動(dòng)因素的地方。

“電動(dòng)全球模塊化平臺(tái) (E-GMP) 的 800 V 系統(tǒng)代表了縮短充電時(shí)間的下一代電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)基礎(chǔ)，”現(xiàn)代汽車(chē)電氣化開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Jin-Hwan Jung 博士說(shuō)團(tuán)體。“通過(guò)使用基于英飛凌 CoolSiC 功率模塊的牽引逆變器，我們能夠?qū)④?chē)輛的行駛里程增加 5% 以上，因?yàn)榕c基于硅的解決方案相比，這種 SiC 解決方案的損耗更低，從而提高了效率。”

HybridPACKDrive 電源模塊系列旨在滿足汽車(chē)市場(chǎng)的大批量生產(chǎn)、高穩(wěn)健性、高功率密度和低成本要求。

英飛凌創(chuàng)新和新興技術(shù)負(fù)責(zé)人 Mark Münzer 表示：“汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)已經(jīng)變得高度活躍，為創(chuàng)意和創(chuàng)新鋪平了道路。” “隨著 SiC 器件的價(jià)格顯著下降，SiC 解決方案的商業(yè)化將加速，從而產(chǎn)生采用 SiC 技術(shù)的更具成本效益的平臺(tái)，以提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。”

英飛凌碳化硅溝槽技術(shù)

HybridPACK Drive 于 2017 年首次推出，采用英飛凌的硅 EDT2 技術(shù)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，可在實(shí)際駕駛循環(huán)中提供最佳效率。該產(chǎn)品在 750 V 和 1200 V 等級(jí)內(nèi)提供 100 kW 至 180 kW 的可擴(kuò)展功率范圍，是英飛凌市場(chǎng)領(lǐng)先的功率模塊，為 20 多個(gè)電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)出貨超過(guò) 100 萬(wàn)件。由于這是一個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，很明顯可以通過(guò)在其設(shè)計(jì)中集成碳化硅來(lái)增強(qiáng)已經(jīng)很好的產(chǎn)品。所有這些客戶(hù)現(xiàn)在都有機(jī)會(huì)查看他們的汽車(chē)產(chǎn)品組合，看看他們用碳化硅升級(jí)他們的設(shè)計(jì)是否有意義。因?yàn)橥庑我蛩兀?a href="http://www.asorrir.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械設(shè)計(jì)，保持不變，

新的 CoolSiC 版本基于英飛凌的碳化硅溝槽 MOSFET 結(jié)構(gòu)，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)更高的單元密度并實(shí)現(xiàn)同類(lèi)最佳的品質(zhì)因數(shù)。因此，溝槽 MOSFET 可以在較低的柵極氧化物場(chǎng)強(qiáng)下運(yùn)行，從而提高可靠性。

碳化硅 MOSFET 結(jié)構(gòu)比較

英飛凌的溝槽 MOSFET 結(jié)構(gòu)沒(méi)有充分發(fā)揮性能潛力，而是旨在提供更高的可靠性。

HybridPACK 電源模塊提供了一條從硅到碳化硅的簡(jiǎn)單升級(jí)路徑，占用空間相同。這使得逆變器設(shè)計(jì)能夠在 1200 V 級(jí)別實(shí)現(xiàn)高達(dá) 250 kW 的更高功率、更大的行駛里程、更小的電池尺寸以及優(yōu)化的系統(tǒng)尺寸和成本。為了為不同的功率級(jí)別提供最佳的性?xún)r(jià)比，該產(chǎn)品提供兩個(gè)不同芯片數(shù)量的版本，從而在 1200 V 等級(jí)中提供 400 A 或 200 A DC 額定版本。

英飛凌已經(jīng)在為第二代碳化硅技術(shù)（SiC GEN2）做準(zhǔn)備。今天的第一代 HybridPACK Drive SiC 功率模塊系列將得到擴(kuò)展，不僅提供 1200 V，還提供 700 V 阻斷電壓能力。

第一代 CoolSiC 汽車(chē) MOSFET 技術(shù)針對(duì)牽引逆變器進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)最低的傳導(dǎo)損耗，尤其是在部分負(fù)載條件下。結(jié)合碳化硅 MOSFET 的低開(kāi)關(guān)損耗，這可以提高逆變器操作的效率，與硅 IGBT 相比。

除了優(yōu)化性能，英飛凌非常重視可靠性。汽車(chē) CoolSiC? MOSFET 的設(shè)計(jì)和測(cè)試旨在實(shí)現(xiàn)短路穩(wěn)健性以及高度的宇宙射線和柵極氧化物穩(wěn)健性，這是設(shè)計(jì)高效可靠的汽車(chē)牽引逆變器和其他高壓應(yīng)用的關(guān)鍵。HybridPACK Drive CoolSiC 電源模塊完全符合汽車(chē)電源模塊的 AQG324 規(guī)范。

審核編輯 黃昊宇