作者：葉常生，邁來芯產(chǎn)品線總監(jiān)

引言：高速功率面臨的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代電動(dòng)汽車和工業(yè)電力系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，源于對(duì)極致效率的不懈追求。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，功率組件，特別是像碳化硅（SiC）這類寬帶隙技術(shù)，必須以前所未有的速度進(jìn)行開關(guān)操作。

然而，將高壓器件的性能推向極限，會(huì)引發(fā)物理層面的權(quán)衡難題。高開關(guān)速度（di/dt）不可避免地會(huì)引發(fā)破壞性噪聲，具體表現(xiàn)為巨大的電壓尖峰和高頻振蕩。這些瞬態(tài)現(xiàn)象會(huì)對(duì)主功率組件施加壓力，產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，進(jìn)而降低系統(tǒng)可靠性。

一體式緩沖器可以起到必要的減震器作用，保護(hù)精密的電力電子設(shè)備免受自激浪涌的沖擊，并推動(dòng)下一代功率模塊的演進(jìn)。

技術(shù)障礙：寄生效應(yīng)與振鈴功能

根本性的挑戰(zhàn)源于開關(guān)速度與雜散電感之間的相互作用。

示意圖 - 緩沖器工作原理

1電壓尖峰 (Vpeak)：快速開關(guān)的電流與模塊布局（如母線排、端子、直接銅鍵合DCB走線）中固有的寄生電感（Lstray）相互作用，依據(jù)以下公式會(huì)產(chǎn)生較大的電壓峰值：

過高的伏峰值（Vpeak）迫使工程師設(shè)計(jì)具備更高擊穿電壓的MOSFET，以避免災(zāi)難性故障，而這往往要以犧牲性能或增加成本為代價(jià)。

2寄生振鈴：功率模塊電路通常采用半橋拓?fù)洌陂_關(guān)過程中會(huì)形成一個(gè)固有的RLC諧振電路。由于內(nèi)阻（R）和電容（C）極小，該電路處于高度欠阻尼狀態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致高頻、持續(xù)的寄生振鈴，進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾（EMI）和功率損耗。

解決方案：一體式高壓硅RC緩沖器

邁來芯引入了一種單片集成的高電壓硅基RC緩沖器MLX91299 。與通常散熱不佳且可靠性欠佳的大型分立陶瓷組件不同，該解決方案將電阻和電容組件集成到一個(gè)緊湊的單晶硅裸片中。

工作原理：RC緩沖器通過在換相回路中引入尺寸合適的電阻（RS）和電容（CS）來解決RLC振鈴問題。

1電容功能：電容（CS）能夠存儲(chǔ)電感能量 (? L IM2)，否則這些能量會(huì)以電壓過沖的形式被破壞性釋放。能量平衡要求：

2電阻功能：電阻（RS）起到阻尼器的作用，將存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)化為可控制的熱量。為實(shí)現(xiàn)有效阻尼 (ζ > 0.5)，電阻值必須滿足：

此外，緩沖器的設(shè)計(jì)要確保能為下一個(gè)開關(guān)周期快速?gòu)?fù)位：

技術(shù)規(guī)格

結(jié)構(gòu)：集成硅裸片（串聯(lián)R和C）。

電壓處理能力：專為高達(dá)1000 Vdc （工作電壓）的直流母線應(yīng)用設(shè)計(jì)，峰值工作電壓為 1200 Vp。該器件的擊穿電壓（Vbr）高達(dá) >1500 V。

電氣特性：在電壓高于150 V時(shí)保持恒定電容，且漏電流極低（~ 10-8 A）。

配置：提供多種R和C組合，例如1.45 Ω時(shí)為4.3 nF或5.23 Ω時(shí)為1.1 nF

系統(tǒng)集成：無縫適配

MLX91299以矩形硅裸片形式提供，可使用標(biāo)準(zhǔn)功率模塊制造工藝進(jìn)行集成。與分立解決方案相比，這種“裸片組裝”方式通過減少電氣連接點(diǎn)的數(shù)量，提高了長(zhǎng)期可靠性。

組裝兼容性：背面金屬化工藝支持燒結(jié)和焊接兩種工藝。正面設(shè)計(jì)用于引線鍵合（如鋁鍵合）以實(shí)現(xiàn)電氣互連。

熱管理：由于緩沖器直接與SiC組件集成在一起，它可利用相同的散熱通道。這能最大限度減少熱點(diǎn)，并確保即使在SiC結(jié)溫高達(dá)200°C時(shí)仍能保持穩(wěn)定性能。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：該緩沖器可作為輸出緩沖器（與MOSFET并聯(lián)）或直流母線緩沖器（與直流母線電容并聯(lián)）使用。

效益與性能

硅基RC緩沖器作為“功率模塊增強(qiáng)器”，能夠帶來一系列可量化的顯著效益：

結(jié)論：

一體式硅基RC緩沖器革新了高壓電力電子設(shè)備的設(shè)計(jì)模式。它將保護(hù)功能從外部復(fù)雜的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部集成的可靠特性。

“類比說明：如果將碳化硅（SiC）功率模塊比作高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，那么RC緩沖器就如同懸掛系統(tǒng)。它能夠吸收道路上的沖擊（電壓尖峰），讓發(fā)動(dòng)機(jī)在不損壞底盤的前提下，以最高速度穩(wěn)定運(yùn)行?！?/p>