用于汽车应用的下一代高压分立电源产品

电动汽车的普及将功率半导体性能的界限推向了一个新的水平。硅功率器件传统上用于控制汽车中的各种电力电子系统，例如主逆变电机、泵、暖通空调压缩机、制动和转向系统。碳化硅 （SiC） 等化合物半导体器件的最新进展提高了车辆中大多数系统的效率。SiC 器件的某些特性，例如低传导和开关损耗、零恢复体二极管和高工作结温，使该技术非常适合效率至关重要的汽车应用。

近 20 年来，硅基 IGBT 一直是 300V 至 1000V 之间的中压汽车应用的首选器件。与 IGBT 技术相比，碳化硅技术解决了与 IGBT 相同的汽车应用，具有更低的传导、更低的开关损耗和更高的热导率等优点。图 1 显示了 IGBT 和 SiC Mosfet 的正向特性比较。SiC Mosfet 的行为类似于电阻器，其电压降与通过器件的电流成正比。IGBT 是一种少数载流子器件，具有类似 PN 结的行为，类似于二极管，无论通过它的电流如何，器件两端的典型电压降为 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其芯片温度无关。随着 SiC Mosfet 的结温升高，其开关损耗保持不变，从而使 SiC Mosfet 具有比 IGBT 更高的工作电流能力。对于 IGBT，结温的升高会降低器件的运行速度，从而进一步增加其开关损耗。这些现象将限制 IGBT 的工作电流低于类似尺寸的 SiC Mosfet。图 2 说明了 SiC Mosfet 和 IGBT 的电流转换行为，其中显示 IGBT 的开关时间和峰值电流增加，而这两个量对于 SiC Mosfet 保持不变。

图 2：当 SiC Mosfet 恒定时，IGBT 的开关电流特性随温度变化。

可以从 SiC 技术中获得的第二个最重要的改进是电动汽车的车载充电器 （OBC） 应用。在这里，SiC Mosfets 将通过从设计中消除传统的线频整流器来实现最高效的图腾柱功率因数校正 （PFC） 拓扑。这种拓扑结构也非常适用于双向功率流的要求，在这种情况下，某些地区和市政当局未来需要车辆将能量送回电网。PFC 下游的转换器是 CLLC DC/DC 转换器，车辆动力电池连接到该转换器。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。

设备封装也是一个重要的话题。TO247 中的传统通孔器件已成为许多 OBC 设计的标准。然而，装配自动化需要具有适当封装爬电距离和间隙的表面贴装器件 （SMD） 以降低成本。使用 SMD 器件，整个印刷电路板组件和功率器件可以在一个步骤中组装。具有高爬电距离和开尔文源极连接的最新 PG-TO263-7pin 封装适用于 1200V SiC Mosfets。PG-TO263-2pin 封装适用于完全去除中间引脚以满足爬电要求的 SiC 二极管器件。此外，顶部冷却表面贴装器件将通过降低从封装到冷却器的热阻，同时简化功率器件组装，进一步提高 SiC 器件的性能。PG-HDSOP-22 （QDPAK） 封装是英飞凌的创新封装，可完美满足顶部冷却要求。QDPAK 在表面贴装封装中提供开尔文源连接和高爬电距离。随着电流的增加，TO247-4 引脚也被规划为具有相同标准，即在大电流承载能力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，英飞凌还为 IGBT、二极管和超结 Mosfet 的传统硅技术提供了这些封装。从效率、成本和易于组装的角度来看，这将为 OBC 应用提供完整的解决方案。图 4 展示了英飞凌针对 OBC 应用的创新封装。QDPAK 在表面贴装封装中提供开尔文源连接和高爬电距离。随着电流的增加，TO247-4 引脚也被规划为具有相同标准，即在大电流承载能力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，英飞凌还为 IGBT、二极管和超结 Mosfet 的传统硅技术提供了这些封装。从效率、成本和易于组装的角度来看，这将为 OBC 应用提供完整的解决方案。图 4 展示了英飞凌针对 OBC 应用的创新封装。QDPAK 在表面贴装封装中提供开尔文源连接和高爬电距离。随着电流的增加，TO247-4 引脚也被规划为具有相同标准，即在大电流承载能力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，英飞凌还为 IGBT、二极管和超结 Mosfet 的传统硅技术提供了这些封装。从效率、成本和易于组装的角度来看，这将为 OBC 应用提供完整的解决方案。图 4 展示了英飞凌针对 OBC 应用的创新封装。为了补充 SiC Mosfet 和二极管产品，英飞凌还为 IGBT、二极管和超结 Mosfet 的传统硅技术提供了这些封装。从效率、成本和易于组装的角度来看，这将为 OBC 应用提供完整的解决方案。图 4 展示了英飞凌针对 OBC 应用的创新封装。为了补充 SiC Mosfet 和二极管产品，英飞凌还为 IGBT、二极管和超结 Mosfet 的传统硅技术提供了这些封装。从效率、成本和易于组装的角度来看，这将为 OBC 应用提供完整的解决方案。图 4 展示了英飞凌针对 OBC 应用的创新封装。

图 4：英飞凌 OBC 应用的创新封装　　

      审核编辑：彭静