碳化硅功率模块及电控的设计、测试与系统评估

前言：臻驱科技（上海）有限公司（以下简称“臻驱科技”）是一家以研发、生产和销售新能源车动力总成及其功率半导体模块为核心业务的高科技公司。2019年底，臻驱科技与日本罗姆半导体公司成立了联合实验室，并签订战略合作协议，合作内容包含了基于某些客户的需求，进行基于罗姆碳化硅芯片的功率半导体模块，及对应电机控制器的开发。本文即介绍臻驱对碳化硅功率模块的开发、测试及系统评估。
 
IntroducTIon
碳化硅功率半导体近年来在能源转换应用中正在成为一个热门的话题：由于材料属性，使得它具有比硅基半导体器件更高的最大结温、更小的损耗，以及更小的材料热阻系数等。
 
因此，很多人宣称，当碳化硅功率器件应用于能源转换后，变频器系统将有更高的功率密度、更小的体积、更高的允许工作温度，以及更低的损耗，从而给应用系统带来更大优势。
 
臻驱科技计划将碳化硅芯片封装至功率模块，并应用于新能源车的电机驱动器中（以下简称“电控”），用于取代其现有的硅基IGBT功率模块（峰值功率约为150 kW）。
 
进行开发之前，应用者需要进行评估，哪些碳化硅的特性能给主驱应用带来最大的价值。例如，对于此类DC-AC的拓扑结构，碳化硅技术的导入对于电控体积的减小并没有显著的作用，因为电控的体积主要取决于其各子部件的封装技术而功率模块只占其中很小的百分比；另一些人宣称可以利用碳化硅更高工作结温的优势，少安装芯片数量并使其工作在高温，从而降低成本。也许，此特性适用于如地下钻探等环境温度很高的应用，但对于新能源车而言，是否有必要将结温推高而牺牲效率（注：碳化硅在高温下的损耗会显著增加），以及是否因为节省了芯片数量就能节省系统成本，是需要被质疑的。