全球變暖，汙染和國際碳排放目標啟動了減少汽車排放的過程。汽車行業正在通過增加車輛電氣化來推動提高燃油效率和減少排放。全球對BHEV，BEV車輛和新動力傳動系統設計的需求不斷增加，這促使汽車製造商評估其當前和未來設計中適用的電力電子技術的構成。汽車製造商不斷尋求提高整體性能：更高的轉換效率，更低的成本，更輕的重量和更高的功率密度。提高能源效率可降低行駛一定距離所需的能源消耗和電池容量。
與硅（Si）IGBT或MOSFET相比，碳化硅（SiC）MOSFET具有多個優點，即更快的開關能力，減少電機的損耗並改善傳動系的聲學特性。通過增加開關頻率，可以實現更正弦的電動機電流，從而減少電動機損耗，降低導通狀態和開關損耗，並增加導熱率和介電強度。有助於提高功率密度並顯著降低逆變器的重量和體積。
需要從系統級別評估SiC器件的全部功能，因為這些可能會給傳動系中的其他組件帶來挑戰。例如，利用沒有輸出濾波器的高開關頻率會導致高電壓斜率（dV / dt），從而導致電機絕緣擊穿。此外，更高的開關頻率會導致不希望的電容耦合和EMI問題。
認識到高SiC器件成本是反對SiC技術採用的最明顯的論據之一。SiC芯片組的價格目前是Si芯片組的幾倍。隨著先前半導體技術的發展，假設SiC芯片組價格將隨著採用率的提高而降低，從而推動更高的晶圓廠生產能力和技術進步增加晶圓直徑。
混合動力電動汽車（HEV），插電式混合動力電動汽車（PHEV）和電池電動汽車（BEV）都包含幾個關鍵系統，這些系統將受益於碳化硅動力裝置，從而提高電動汽車的能效和性能。
DCM 1000X
通過推出DCM 1000X，丹佛斯擴展了DCM 1000技術平臺，用於混合動力電動汽車和電池電動汽車的牽引應用。DCM 1000X採用1200V半導體，採用Si或SiC。具有1200V阻斷電壓的SiC基DCM 1000X模塊專為使用高達950V的直流母線，額定電流範圍為200A-800A的傳動系設計。1200V平臺滿足所有常用的絕緣要求，例如LV123，IEC 60664-1或950V DC鏈路電壓的其他安全裕度。
與DCM 1000（750V）一樣，DCM 1000X可在最惡劣的條件下運行; 高溫循環（高達135K），高溼度，機械衝擊和振動。使用功率模塊的特定傳遞模具封裝材料（環氧樹脂 - 葡萄乾塗層）來解決衝擊和振動要求，如圖1所示。
為了達到最大功率循環性能和使用壽命，DCM 1000X平臺模塊使用Danfoss Bond Buffer技術（DBB），DCM 1000也是如此.DBB可以在更高的結溫下運行。與任何其他標準鍵合和連接技術相比，燒結半導體到基板結合DBB和銅線鍵合提供更高的功率和溫度循環能力，壽命高達15倍。
圖1還顯示DCM 1000X採用直接液體冷卻技術ShowerPower 3D，有助於實現出色的散熱性能。與其他液體冷卻技術（例如針翅式冷卻器）相比，SP3D概念具有多種優勢。
並聯冷卻原理消除了與串聯冷卻針翅概念相關的溫度梯度。它還允許定製冷卻通道，以便將冷卻集中在局部熱點; 由於“陰影”效應（1），針翅概念不可能實現的功能。
圖1. DCM 1000X
DCM 1000X經過精心設計和優化，可充分利用芯片獨立性。丹佛斯Silicon Power可以提供基於不同半導體的DCM 1000X設計，從而確保具有吸引力的成本基礎，優化設計和安全供應。
電氣性能DCM 1000X
DCM 1000X滿足電動汽車市場對450V至950V的近乎雙倍直流鏈路電壓的要求，實現更高的輸出功率和更快的充電能力。通過使用Si IGBT或SiC MOSFET的1200V半導體，可以實現高效的200kW逆變器設計或更高。通過更高的直流母線電壓，相電流可降低50％，在較低的直流母線電壓下保持與逆變器相同的輸出功率，並實現不到10分鐘的快速充電時間。由於這種關係是非線性的，因此與具有相同佔位面積的經典650V / 750V電源模塊相比，使用DCM 1000X封裝中的1200V IGBT可以實現更高的輸出功率。
如上所述，SiC MOSFET的優勢在於MOSFET的導通狀態和低開關損耗，因此可提供最佳的部分負載優勢，因此如果逆變器使用更高的開關頻率，則可獲得更大的整體效益。
圖2顯示了1200V Si IGBT / FWD（1000mm²硅）和SiC MOSFET（400mm²碳化硅，無外部二極管）的相電流之間的比較。假設兩個逆變器的冷卻劑邊界條件，10升/分鐘最小流量和65℃最大冷卻劑溫度保持不變。
典型的汽車逆變器設計規則規定175°C額定器件的最大工作IGBT結溫為165°C，而對於SiC MOSFET，額定SOA為200°C時，最大設計工作結溫為190°C。請注意，這些溫度只能通過使用DBB®來實現，包括低於最大工作芯片結溫的安全裕度。
此外，如上所述，ShowerPower 3D冷卻器可在冷卻劑條件下實現0,1K / W 的無法達到的R th ; 對於200mm²的總SiC MOSFET面積和每個開關300mm²的總IGBT面積，由於芯片尺寸的不同，這是正確的。
這個Rth意味著，對於SiC結溫為190°C且溫度差值為125K，模塊總損耗限制在2.5kW，DCM 1000X在峰值負載下能夠耗散超過625W /cm²的能力。上述冷卻條件（IGBT模塊損耗為2kW，IGBT功能耗散為325W /cm²）。
圖2.恆定結溫時的最大相電流與開關頻率（10K裕量至最大允許結溫175°C和200°C），850VD
在圖2中，SiC MOSFET僅在開關頻率上顯示出最大相電流的輕微下降，證明了SiC在高開關頻率下的巨大優勢。換句話說，在低開關頻率下實現最高的IGBT性能而不降低額定值。因此，使用SiC MOSFET可以實現相同輸出功率和合理開關頻率的更高逆變器效率。只有通過增加Si面積才能達到比較效率，但缺點是空間增加和系統成本增加。此外，對於圖2 中T 結 = 100°C所示的部分負載，Si和SiC之間的差異變得更加嚴重。
汽車1200V IGBT牽引功率模塊仍將具有成本吸引力。深入研究DCM 1000X的性能，將DC鏈路電壓加倍並將電流降低不到50％，這表明SiC的成本驅動因素是1200V IGBT技術的性能，已經可以實現475V的性能提升在使用SiC MOSFET之前，要達到950V DC鏈路電壓。
本文關於採用最新一代Si 1200V IGBT的DCM 1000X的最大輸出電流與最新一代SiC MOSFET的DCM 1000X的電氣性能的介紹請點擊鏈接進行了解：
https://www.eetoday.com/application/automotive/201903/52908.html
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