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雙脈沖測(cè)試技術(shù)解析報(bào)告:國(guó)產(chǎn)碳化硅(SiC)功率模塊替代進(jìn)口IGBT模塊的驗(yàn)證與性能評(píng)估

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2025-12-15 07:48 ? 次閱讀
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雙脈沖測(cè)試技術(shù)解析報(bào)告:國(guó)產(chǎn)碳化硅(SiC)功率模塊替代進(jìn)口IGBT模塊的驗(yàn)證與性能評(píng)估

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傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國(guó)工業(yè)電源電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,力推BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET單管,SiC碳化硅MOSFET功率模塊,SiC模塊驅(qū)動(dòng)板等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?

傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢(shì)!

1. 執(zhí)行摘要 (Executive Summary)

在全球電力電子產(chǎn)業(yè)的宏觀版圖中,一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革正在加速演進(jìn):以碳化硅(SiC)為代表的寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體器件正逐步取代傳統(tǒng)的硅基絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在中國(guó)市場(chǎng),這一技術(shù)迭代與“國(guó)產(chǎn)替代”的國(guó)家戰(zhàn)略緊密交織,形成了一股推動(dòng)供應(yīng)鏈本土化與技術(shù)升級(jí)的合力。隨著基本半導(dǎo)體(BASIC Semiconductor)等國(guó)產(chǎn)廠商在SiC MOSFET模塊研發(fā)上的突破,如何科學(xué)、量化地驗(yàn)證這些國(guó)產(chǎn)器件相較于國(guó)際巨頭(如Fuji、Infineon)產(chǎn)品的性能平權(quán)甚至超越,成為了產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的核心命題。

傾佳電子詳盡闡述**雙脈沖測(cè)試(Double Pulse Test, DPT)**這一核心驗(yàn)證方法論的物理原理、實(shí)施細(xì)節(jié)及其在國(guó)產(chǎn)SiC模塊加速替代進(jìn)口IGBT進(jìn)程中的戰(zhàn)略意義。雙脈沖測(cè)試不僅是實(shí)驗(yàn)室中的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序,更是連接芯片設(shè)計(jì)、模塊封裝與系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵紐帶。通過這一測(cè)試,工程師能夠剝離靜態(tài)參數(shù)的局限,深入探究功率器件在納秒級(jí)開關(guān)瞬態(tài)下的動(dòng)態(tài)行為,從而揭示器件的開關(guān)損耗、反向恢復(fù)特性以及寄生參數(shù)影響。

傾佳電子基于基本半導(dǎo)體提供的詳實(shí)技術(shù)資料(涵蓋Pcore?2、34mm/62mm工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝及創(chuàng)新的L3封裝模塊),深入剖析了國(guó)產(chǎn)SiC模塊在高溫(175°C)、大電流(高達(dá)540A以上)及高頻工況下的實(shí)測(cè)表現(xiàn)。分析表明,通過精準(zhǔn)的DPT實(shí)施,國(guó)產(chǎn)SiC模塊展現(xiàn)出了極具競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)態(tài)性能——如顯著降低的關(guān)斷損耗(Eoff?)和優(yōu)異的反向恢復(fù)特性——這為固態(tài)變壓器SST、儲(chǔ)能變流器PCS、光伏儲(chǔ)能(ESS)及高端工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)更高效率、更小體積的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐,從而在戰(zhàn)略層面加速了國(guó)產(chǎn)功率半導(dǎo)體對(duì)進(jìn)口IGBT模塊的市場(chǎng)替代。

2. 功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)特性的理論基石:雙脈沖測(cè)試原理

要深刻理解雙脈沖測(cè)試在國(guó)產(chǎn)替代中的戰(zhàn)略價(jià)值,首先必須剖析其物理機(jī)制。不同于靜態(tài)參數(shù)(如RDS(on)?、BVDSS?)反映器件的穩(wěn)態(tài)能力,動(dòng)態(tài)參數(shù)決定了器件在實(shí)際功率變換系統(tǒng)(如逆變器、變流器)中的損耗與可靠性。DPT通過一種巧妙的脈沖序列設(shè)計(jì),在無需復(fù)雜系統(tǒng)(如全橋逆變器)和持續(xù)大功率負(fù)載的情況下,精確捕捉器件的開關(guān)瞬態(tài)。

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2.1 硬開關(guān)物理機(jī)制與IGBT/SiC的本質(zhì)差異

絕大多數(shù)大功率電力電子裝置工作在“硬開關(guān)”模式下。在此模式中,功率器件需要在承受高電壓的同時(shí)切斷大電流,或在承受高電壓時(shí)迅速導(dǎo)通電流。這一過程雖然僅持續(xù)幾十至幾百納秒,但產(chǎn)生的電壓電流重疊區(qū)域構(gòu)成了主要的開關(guān)損耗(Eon? 和 Eoff?)。

傳統(tǒng)硅基IGBT是雙極型器件,依賴少數(shù)載流子注入來降低導(dǎo)通電阻。在關(guān)斷時(shí),這些少數(shù)載流子需要復(fù)合消失,導(dǎo)致了顯著的“拖尾電流”(Current Tail),這是造成IGBT高關(guān)斷損耗的物理根源。相比之下,SiC MOSFET是單極型器件,依靠多數(shù)載流子導(dǎo)電,理論上沒有拖尾電流,開關(guān)速度極快。然而,這種極高的dv/dt和di/dt(變化率)對(duì)測(cè)試提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。DPT的核心任務(wù),就是在一個(gè)受控的感性負(fù)載環(huán)境中,復(fù)現(xiàn)這種硬開關(guān)應(yīng)力,從而量化SiC相對(duì)于IGBT的代際優(yōu)勢(shì)。

2.2 雙脈沖測(cè)試(DPT)的電路拓?fù)渑c工作時(shí)序

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雙脈沖測(cè)試電路本質(zhì)上是一個(gè)半橋結(jié)構(gòu),利用感性負(fù)載的電流續(xù)流特性來模擬實(shí)際工況。

2.2.1 核心電路構(gòu)成

根據(jù)基本半導(dǎo)體的技術(shù)文檔 ,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DPT測(cè)試平臺(tái)包含以下關(guān)鍵組件:

直流母線電容DC Link Capacitor): 提供穩(wěn)定的直流電壓(VDC?),在開關(guān)瞬間吸收或提供巨大的脈沖電流,其低雜散電感特性至關(guān)重要。

感性負(fù)載(Inductive Load, Lload?): 通常連接在半橋的上橋臂(針對(duì)下橋臂測(cè)試)或下橋臂(針對(duì)上橋臂測(cè)試)。電感的作用是在極短的開關(guān)間隔內(nèi)充當(dāng)恒流源。

待測(cè)器件(DUT): 被測(cè)試的SiC MOSFET模塊(通常位于下橋臂)。

續(xù)流二極管(Freewheeling Diode): 與負(fù)載并聯(lián)的器件(通常是配對(duì)模塊的體二極管或獨(dú)立SBD),用于在DUT關(guān)斷期間為電感電流提供回路。

驅(qū)動(dòng)電路(Gate Driver): 提供精確的柵極控制電壓?;景雽?dǎo)體模塊推薦使用+18V/-4V的驅(qū)動(dòng)電壓 1,以確保充分導(dǎo)通并防止誤導(dǎo)通。

2.2.2 脈沖序列的邏輯解析

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“雙脈沖”之名源于施加在DUT柵極上的兩個(gè)特定脈寬的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。整個(gè)過程分為三個(gè)階段,旨在捕捉特定的動(dòng)態(tài)參數(shù):

第一脈沖(t1?階段 - 建立電流):

DUT導(dǎo)通,直流母線電壓加在負(fù)載電感上。根據(jù)公式 IL?=LVDC??ton??,電感電流線性上升。通過控制第一脈沖的寬度,工程師可以精確設(shè)定測(cè)試電流(例如,在BMF540R12KA3測(cè)試中設(shè)定為540A )。此階段結(jié)束時(shí)刻,即第一脈沖關(guān)斷瞬間,用于測(cè)量關(guān)斷特性。

脈沖間隔(Freewheeling - 關(guān)斷測(cè)量):

DUT關(guān)斷。由于電感電流不能突變,電流換流至上橋臂的續(xù)流二極管。此時(shí),DUT承受母線電壓,電流下降。通過捕捉這一瞬間的電壓(VDS?)上升和電流(ID?)下降波形,積分計(jì)算可得關(guān)斷損耗(Eoff?)。

第二脈沖(t2?階段 - 導(dǎo)通與反向恢復(fù)測(cè)量):

DUT再次導(dǎo)通。電流需從上橋臂二極管換流回DUT。此時(shí),上橋臂二極管經(jīng)歷反向恢復(fù)過程,產(chǎn)生反向恢復(fù)電流(Irr?),該電流疊加在負(fù)載電流上流經(jīng)DUT,形成電流過沖。捕捉這一瞬間的波形,可計(jì)算導(dǎo)通損耗(Eon?)以及二極管的反向恢復(fù)損耗(Err?)。

2.3 關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)的物理意義

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在SiC替代IGBT的語境下,DPT測(cè)得的幾個(gè)參數(shù)具有決定性的戰(zhàn)略意義:

開通損耗(Eon?)與二極管反向恢復(fù)(Qrr?):

在IGBT模塊中,反向恢復(fù)電流往往巨大,不僅增加了下管的開通損耗,還帶來嚴(yán)重的電磁干擾(EMI)。而在基本半導(dǎo)體的BMF240R12E2G3模塊中,由于采用了內(nèi)置SiC肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)或高性能體二極管,實(shí)現(xiàn)了“二極管零反向恢復(fù)行為” 。DPT測(cè)試能夠清晰地展示出SiC模塊幾乎可以忽略不計(jì)的Qrr?(例如0.59 μC vs 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的1.24 μC 1),這是SiC實(shí)現(xiàn)高頻化的物理基礎(chǔ)。

關(guān)斷損耗(Eoff?)與拖尾電流:

這是SiC對(duì)IGBT最致命的打擊點(diǎn)。DPT波形顯示,SiC MOSFET的關(guān)斷幾乎是瞬間完成的,沒有IGBT那樣的電流拖尾。數(shù)據(jù)表明,在相同工況下,SiC的Eoff?通常僅為同規(guī)格IGBT的20%-30%。這意味著在不需要軟開關(guān)技術(shù)的情況下,系統(tǒng)頻率可以提升5-10倍。

3. 實(shí)施方法與技術(shù)挑戰(zhàn):駕馭SiC的極致速度

雖然DPT原理簡(jiǎn)單,但針對(duì)SiC器件的實(shí)施卻極具挑戰(zhàn)性。SiC MOSFET的開關(guān)速度極快,di/dt可達(dá)數(shù)千安培每微秒(如BMF540R12KA3在540A時(shí)di/dt高達(dá)10.86 kA/μs )。這種極端工況對(duì)測(cè)試平臺(tái)的寄生參數(shù)控制提出了苛刻要求。

3.1 低雜散電感回路設(shè)計(jì)的絕對(duì)必要性

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在IGBT時(shí)代,幾十納亨(nH)的雜散電感或許可以容忍,但在SiC時(shí)代,這足以導(dǎo)致器件損毀。電壓過沖(Voltage Overshoot)遵循公式:

Vpeak?=VDC?+Lσ??dtdi?

其中Lσ?是回路總雜散電感。當(dāng)di/dt達(dá)到10 kA/μs時(shí),僅僅10nH的電感就會(huì)產(chǎn)生100V的電壓尖峰。

基本半導(dǎo)體的產(chǎn)品文檔反復(fù)強(qiáng)調(diào)“低雜散電感設(shè)計(jì)”(Low inductance design),其62mm模塊的內(nèi)部雜散電感控制在14nH以下 。在DPT實(shí)施中,必須采用疊層母排(Laminated Busbar)連接直流電容與模塊,以最小化回路面積。若測(cè)試平臺(tái)的Lσ?過大,不僅會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)失真(人為增加震蕩),甚至可能因過壓擊穿昂貴的SiC模塊。

3.2 高帶寬測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建

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要捕捉上升時(shí)間(tr?)僅為幾十納秒(如BMF60R12RB3僅為36ns )的波形,測(cè)試探頭和示波器的選擇至關(guān)重要。

帶寬要求: 系統(tǒng)帶寬至少應(yīng)為信號(hào)等效頻率的3-5倍。對(duì)于SiC,通常需要200MHz甚至更高帶寬的電壓探頭和羅氏線圈(Rogowski Coil)或同軸分流器(Coaxial Shunt)。

信號(hào)歪斜(Deskew): 電壓和電流探頭的傳輸延遲差異會(huì)導(dǎo)致P(t)=v(t)?i(t)積分計(jì)算的巨大誤差。在DPT實(shí)施中,必須使用校準(zhǔn)夾具對(duì)探頭進(jìn)行納秒級(jí)的延時(shí)校準(zhǔn)(Deskew)。

3.3 柵極驅(qū)動(dòng)的精細(xì)調(diào)控

DPT測(cè)試也是對(duì)驅(qū)動(dòng)方案的驗(yàn)證。由于SiC MOSFET存在米勒效應(yīng)(Miller Effect),極高的dv/dt可能通過Crss?(反向傳輸電容)耦合至柵極,導(dǎo)致誤導(dǎo)通。

實(shí)施DPT時(shí),通常采用負(fù)壓關(guān)斷(如-5V )來提高抗干擾裕度。同時(shí),通過調(diào)整外部柵極電阻Rg?(如1中提到的RG(on)?=15Ω,RG(off)?=8.2Ω),可以在開關(guān)速度與震蕩/過沖之間找到最佳平衡點(diǎn)。

4. 深度數(shù)據(jù)分析與競(jìng)品對(duì)標(biāo):國(guó)產(chǎn)SiC的性能真相

戰(zhàn)略意義不僅在于“有”,更在于“優(yōu)”。通過對(duì)基本半導(dǎo)體提供的DPT測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘,并與國(guó)際一線競(jìng)品(Wolfspeed、Infineon)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?,我們可以清晰地看到?guó)產(chǎn)SiC模塊的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.1 34mm/Pcore?2 模塊:工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的全面超越

基本半導(dǎo)體的BMF240R12E2G3(1200V/240A)模塊直接對(duì)標(biāo)國(guó)際巨頭的主流產(chǎn)品。依據(jù)1提供的雙脈沖測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)(測(cè)試條件:800V, 400A, 125°C),我們整理出如下關(guān)鍵性能矩陣:

表 1:國(guó)產(chǎn)與國(guó)際競(jìng)品動(dòng)態(tài)性能對(duì)標(biāo)分析

關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù) (測(cè)試條件: 800V, 400A, 125°C) 基本半導(dǎo)體 (BASIC) BMF240R12E2G3 國(guó)際競(jìng)品 W (Wolfspeed) CAB006... 國(guó)際競(jìng)品 I (Infineon) FF6MR... 戰(zhàn)略解讀與技術(shù)洞察
關(guān)斷損耗 (Eoff?) 6.76 mJ 10.87 mJ 8.85 mJ 顯著優(yōu)勢(shì) (-38%): 這是最具戰(zhàn)略價(jià)值的數(shù)據(jù)。更低的Eoff?意味著國(guó)產(chǎn)模塊在高頻應(yīng)用(如20kHz以上)中將展現(xiàn)出壓倒性的效率優(yōu)勢(shì),直接降低系統(tǒng)散熱成本。
開通損耗 (Eon?) 18.48 mJ 15.55 mJ 15.39 mJ 略高,但這通常是權(quán)衡設(shè)計(jì)的結(jié)果。為了抑制開通震蕩或EMI,可能在內(nèi)部Rg?或柵極結(jié)構(gòu)上做了優(yōu)化,犧牲少量Eon?換取更好的魯棒性。
總開關(guān)損耗 (Etotal?) 25.24 mJ 26.42 mJ 24.24 mJ 總體持平: 盡管互有優(yōu)劣,但總損耗與國(guó)際頂尖水平處于同一梯隊(duì),證明國(guó)產(chǎn)芯片在能效上已無代差。
反向恢復(fù)電荷 (Qrr?) 0.59 μC 1.24 μC 0.55 μC 卓越的二極管性能: 極低的Qrr?不僅降低了Eon?,還大幅減少了開關(guān)過程中的EMI噪聲,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)。
電壓過沖 (Vpeak?) 983 V 944 V 981 V 處于安全工作區(qū)(SOA)內(nèi),且與競(jìng)品相當(dāng),表明國(guó)產(chǎn)模塊的封裝雜散電感控制達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

深度洞察:

數(shù)據(jù)表明,國(guó)產(chǎn)模塊并非簡(jiǎn)單的“替代品”,而是在某些關(guān)鍵指標(biāo)(如Eoff?)上實(shí)現(xiàn)了“超越”。對(duì)于儲(chǔ)能變流PCS而言,關(guān)斷損耗的降低直接轉(zhuǎn)化為效率的提升。這種基于DPT實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的性能優(yōu)勢(shì),是國(guó)產(chǎn)模塊打破進(jìn)口品牌市場(chǎng)壟斷的最有力武器。

4.2 62mm 大功率模塊:從數(shù)據(jù)看系統(tǒng)級(jí)影響

針對(duì)更高功率的應(yīng)用(如集中式光伏逆變器、大功率儲(chǔ)能PCS),62mm封裝是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?;景雽?dǎo)體的BMF540R12KA3(1200V/540A)在DPT測(cè)試中展現(xiàn)了驚人的能力。

極高的電流處理能力: 在測(cè)試中,該模塊在540A電流下,關(guān)斷損耗僅為12.7 mJ(175°C)。這意味著在半兆瓦級(jí)的系統(tǒng)中,單次開關(guān)的熱沖擊極小。

高溫穩(wěn)定性驗(yàn)證: DPT測(cè)試涵蓋了25°C至175°C的寬溫域。數(shù)據(jù)顯示,隨著溫度升高,SiC MOSFET的開關(guān)損耗增加幅度遠(yuǎn)小于IGBT。例如,BMF60R12RB3的Eon?從25°C的1.7mJ增加到175°C的2.0mJ ,這種熱穩(wěn)定性保證了系統(tǒng)在極端高溫環(huán)境下的可靠運(yùn)行,減少了降額設(shè)計(jì)的需求。

4.3 創(chuàng)新L3封裝與雙向開關(guān):定義未來電網(wǎng)形態(tài)

DPT技術(shù)同樣應(yīng)用于前沿拓?fù)涞尿?yàn)證?;景雽?dǎo)體推出的L3封裝共源極雙向開關(guān)(BMCS002MR12L3CG5)是針對(duì)固態(tài)斷路器(SSCB)和矩陣變換器的創(chuàng)新產(chǎn)品 。

雙向阻斷與導(dǎo)通驗(yàn)證: 傳統(tǒng)的DPT只能測(cè)試單向開關(guān)。對(duì)于雙向開關(guān),需要在兩個(gè)方向上分別進(jìn)行脈沖測(cè)試。L3模塊的DPT數(shù)據(jù)顯示,其關(guān)斷延遲(td(off)?)約為600ns ,雖然比離散器件慢,但對(duì)于替代機(jī)械斷路器(毫秒級(jí)響應(yīng))而言,這是幾個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。

保護(hù)電網(wǎng)安全: 這種納秒級(jí)的切斷能力,結(jié)合DPT驗(yàn)證的可靠性,使得基于SiC的固態(tài)斷路器成為直流微電網(wǎng)的安全衛(wèi)士。DPT在此處不僅驗(yàn)證了損耗,更驗(yàn)證了“保護(hù)速度”,具有極高的電網(wǎng)安全戰(zhàn)略意義。

5. DPT在國(guó)產(chǎn)替代時(shí)代的戰(zhàn)略意義

雙脈沖測(cè)試不僅僅是技術(shù)手段,在當(dāng)前的宏觀背景下,它承載了多重戰(zhàn)略功能。

5.1 信任重建與供應(yīng)鏈去風(fēng)險(xiǎn)化 (De-risking)

長(zhǎng)期以來,國(guó)內(nèi)工業(yè)巨頭對(duì)進(jìn)口IGBT(如Infineon EconoDUAL系列)形成了路徑依賴。國(guó)產(chǎn)SiC要進(jìn)入核心供應(yīng)鏈,面臨的最大障礙是“信任赤字”。

DPT是打破信任壁壘的“測(cè)謊儀”。

通過完全一致的測(cè)試條件(相同的VDC?,Rg?,Lload?,Tj?),將國(guó)產(chǎn)模塊與進(jìn)口模塊進(jìn)行“背靠背”對(duì)比(Side-by-Side Comparison),DPT能夠提供不可辯駁的物理證據(jù)。如所示,當(dāng)數(shù)據(jù)證明國(guó)產(chǎn)模塊在Eoff?和Qrr?上具有優(yōu)勢(shì)時(shí),采購(gòu)決策便從“基于品牌的感性選擇”轉(zhuǎn)向“基于數(shù)據(jù)的理性選擇”。這對(duì)于保障國(guó)家能源互聯(lián)網(wǎng)的安全可控至關(guān)重要。

5.2 賦能系統(tǒng)仿真與正向設(shè)計(jì) (Digital Twin Enabler)

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在現(xiàn)代電力電子開發(fā)流程中,硬件迭代成本高昂。工程師越來越依賴仿真軟件(如PLECS、Simulink)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)。

DPT是仿真模型的“數(shù)據(jù)源頭”。

基本半導(dǎo)體的資料中明確提到提供“系統(tǒng)的電力電子和熱仿真設(shè)計(jì)參考” 。只有通過高精度的DPT,獲取不同電流、電壓、溫度下的Eon?,Eoff?,Err?三維數(shù)據(jù)圖譜(Loss Map),才能構(gòu)建高精度的PLECS模型。

戰(zhàn)略價(jià)值: 國(guó)產(chǎn)廠商提供詳盡的DPT數(shù)據(jù),意味著下游系統(tǒng)廠商可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)系統(tǒng)效率和結(jié)溫,從而大膽地進(jìn)行去余量設(shè)計(jì)(Design Optimization),提升整機(jī)的功率密度和性價(jià)比。這種“芯片-系統(tǒng)”協(xié)同能力的提升,是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈整體向價(jià)值鏈高端攀升的標(biāo)志。

5.3 推動(dòng)技術(shù)路線的代際跨越

DPT揭示了SiC相對(duì)于IGBT的物理極限差異。

頻率突破: DPT證實(shí)了SiC極低的開關(guān)損耗,這使得光伏逆變器和充電樁的開關(guān)頻率可以從IGBT時(shí)代的10-20kHz提升至50-100kHz。頻率的提升直接導(dǎo)致磁性元件(電感、變壓器)體積的劇減。

系統(tǒng)形態(tài)重構(gòu): 基于DPT驗(yàn)證的高頻能力,國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商可以設(shè)計(jì)出體積更小、重量更輕的“口袋式”逆變器或高功率密度電驅(qū)系統(tǒng),從而在全球市場(chǎng)上獲得產(chǎn)品形態(tài)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

6. 結(jié)論與展望

深圳市傾佳電子有限公司(簡(jiǎn)稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動(dòng)者:
傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:
新能源:覆蓋光伏、儲(chǔ)能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;
交通電動(dòng)化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機(jī))及高壓平臺(tái)升級(jí);
數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。
公司以“推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC替代進(jìn)口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國(guó)家“雙碳”政策(碳達(dá)峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。

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雙脈沖測(cè)試(DPT)作為功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)性能評(píng)估的“金標(biāo)準(zhǔn)”,在國(guó)產(chǎn)SiC模塊替代進(jìn)口IGBT的歷史進(jìn)程中扮演著至關(guān)重要的角色。它既是微觀物理層面的探針,精準(zhǔn)剖析了SiC材料在納秒級(jí)瞬態(tài)下的低損耗、無拖尾優(yōu)勢(shì);又是宏觀戰(zhàn)略層面的基石,為國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈的自主可控提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)背書。

通過對(duì)基本半導(dǎo)體全系列產(chǎn)品的DPT數(shù)據(jù)分析,我們得出以下結(jié)論:

技術(shù)成熟度: 國(guó)產(chǎn)SiC模塊在關(guān)鍵動(dòng)態(tài)指標(biāo)(如關(guān)斷損耗、反向恢復(fù))上已達(dá)到甚至部分超越國(guó)際一線水平,具備了全面替代的技術(shù)基礎(chǔ)。

應(yīng)用賦能: DPT數(shù)據(jù)支撐了從電動(dòng)汽車到智能電網(wǎng)的高頻化、高效化設(shè)計(jì),推動(dòng)了下游產(chǎn)業(yè)的形態(tài)升級(jí)。

未來演進(jìn): 隨著更高電壓等級(jí)(如2200V)和更復(fù)雜拓?fù)洌ㄈ珉p向開關(guān))的出現(xiàn),DPT技術(shù)也將向著更高絕緣等級(jí)、更多物理量耦合(如熱-電耦合)的方向演進(jìn)。

在“碳達(dá)峰、碳中和”與“半導(dǎo)體自主可控”的雙重驅(qū)動(dòng)下,用好雙脈沖測(cè)試這一工具,深入挖掘SiC的潛能,將是國(guó)產(chǎn)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從“跟隨”到“引領(lǐng)”跨越的關(guān)鍵路徑。

附錄:關(guān)鍵模塊技術(shù)參數(shù)參考表

為方便技術(shù)對(duì)標(biāo),以下列出本報(bào)告分析的核心國(guó)產(chǎn)模塊DPT實(shí)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo):

模塊型號(hào) 封裝形式 電壓/電流 RDS(on)? @25°C Eoff? (額定工況) 雜散電感 Lσ? 應(yīng)用場(chǎng)景
BMF60R12RB3 34mm 1200V / 60A 21.2 mΩ 0.8 mJ (60A) < 15 nH 高頻焊機(jī)、感應(yīng)加熱
BMF240R12E2G3 Pcore?2 1200V / 240A 5.5 mΩ 1.8 mJ (240A) 20 nH 充電樁、APF
BMF540R12KA3 62mm 1200V / 540A 2.5 mΩ 11.1 mJ (540A) < 30 nH 儲(chǔ)能PCS、光伏逆變
BMCS002... L3 1200V / 760A 2.6 mΩ 106 mJ (760A) - 固態(tài)斷路器


審核編輯 黃宇

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