在今年的虛擬 PCIM 貿(mào)易展上，英飛凌科技發(fā)布了一款基于成熟的、市場領(lǐng)先的 CoolSiC MOSFET 技術(shù)的新型汽車電源模塊。HybridPACK Drive CoolSiC 具有 1200 V 阻斷電壓的六組全橋模塊，針對電動汽車 (EV) 中的牽引逆變器進行了優(yōu)化。該功率模塊建立在英飛凌的 CoolSiC 溝槽 MOSFET 技術(shù)之上，能夠在高性能應(yīng)用中實現(xiàn)高功率密度，并保持高可靠性。這種創(chuàng)新的功率器件適用于汽車應(yīng)用，特別適用于 EV 逆變器，尤其是具有 800-V 電池系統(tǒng)和更大電池容量的車輛。它提供更高的效率、更長的續(xù)航里程和更低的電池成本，還為傳統(tǒng)的基于硅的解決方案提供了輕松的功率升級。

電動車牽引逆變器

功率半導(dǎo)體是實現(xiàn)節(jié)能世界的關(guān)鍵。碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新技術(shù)可實現(xiàn)更高的功率效率、更小的外形尺寸和更輕的重量。特別是碳化硅是一種寬帶隙材料，能夠克服傳統(tǒng)硅基功率器件所提供的限制。它能夠承受更高的工作電壓、電流和開關(guān)頻率，加上高效率和出色的熱管理，使該半導(dǎo)體成為包括汽車在內(nèi)的多種電源應(yīng)用中硅的理想替代品。用于 EV 牽引逆變器的碳化硅已確認支持更長的行駛里程和更高效的駕駛循環(huán)性能。如圖 1 所示，它指的是四輪驅(qū)動配置，HybridPACK 電源模塊可以很容易地包含在電動汽車的設(shè)計中。后橋配備了 HybridPACK Drive CoolSiC MOSFET，這是一種新穎的解決方案，由于引入了碳化硅，因此能夠提供更長的續(xù)航里程，或者作為替代方案，能夠在相同的續(xù)航里程下減小電池尺寸，有助于降低系統(tǒng)成本。從圖 1 中可以看出，碳化硅并不是要完全取代硅，但是兩種技術(shù)可以在同一應(yīng)用中共存。在示例配置中，HybridPACK Drive IGBT 安裝在前橋上，該解決方案非常適合“按需”全輪驅(qū)動系統(tǒng)。在正常行駛條件下，只有后橋有動力。每當(dāng)檢測到車輪打滑時，牽引力控制裝置也在前橋上傳遞扭矩。在大多數(shù)車輛中，這種情況發(fā)生的概率大約為 5% 到 10%，因此基于硅的 IGBT 解決方案有助于降低成本。因此，我們可以在同一輛車的兩個車軸上同時使用 IGBT 和 SiC 技術(shù)，每種技術(shù)都有自己的特定性能。硅用于需要以最低成本獲得峰值性能的地方，而碳化硅則用于效率是真正驅(qū)動因素的地方。

“電動全球模塊化平臺 (E-GMP) 的 800 V 系統(tǒng)代表了縮短充電時間的下一代電動汽車的技術(shù)基礎(chǔ)，”現(xiàn)代汽車電氣化開發(fā)團隊負責(zé)人 Jin-Hwan Jung 博士說團體。“通過使用基于英飛凌 CoolSiC 功率模塊的牽引逆變器，我們能夠?qū)④囕v的行駛里程增加 5% 以上，因為與基于硅的解決方案相比，這種 SiC 解決方案的損耗更低，從而提高了效率?！?/p>

HybridPACKDrive 電源模塊系列旨在滿足汽車市場的大批量生產(chǎn)、高穩(wěn)健性、高功率密度和低成本要求。

英飛凌創(chuàng)新和新興技術(shù)負責(zé)人 Mark Münzer 表示：“汽車電動汽車市場已經(jīng)變得高度活躍，為創(chuàng)意和創(chuàng)新鋪平了道路?！?“隨著 SiC 器件的價格顯著下降，SiC 解決方案的商業(yè)化將加速，從而產(chǎn)生采用 SiC 技術(shù)的更具成本效益的平臺，以提高電動汽車的續(xù)航里程?！?/p>

英飛凌碳化硅溝槽技術(shù)

HybridPACK Drive 于 2017 年首次推出，采用英飛凌的硅 EDT2 技術(shù)，經(jīng)過專門優(yōu)化，可在實際駕駛循環(huán)中提供最佳效率。該產(chǎn)品在 750 V 和 1200 V 等級內(nèi)提供 100 kW 至 180 kW 的可擴展功率范圍，是英飛凌市場領(lǐng)先的功率模塊，為 20 多個電動汽車平臺出貨超過 100 萬件。由于這是一個質(zhì)量標準，很明顯可以通過在其設(shè)計中集成碳化硅來增強已經(jīng)很好的產(chǎn)品。所有這些客戶現(xiàn)在都有機會查看他們的汽車產(chǎn)品組合，看看他們用碳化硅升級他們的設(shè)計是否有意義。因為外形因素，即機械設(shè)計，保持不變，

新的 CoolSiC 版本基于英飛凌的碳化硅溝槽 MOSFET 結(jié)構(gòu)，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)更高的單元密度并實現(xiàn)同類最佳的品質(zhì)因數(shù)。因此，溝槽 MOSFET 可以在較低的柵極氧化物場強下運行，從而提高可靠性。

碳化硅 MOSFET 結(jié)構(gòu)比較

英飛凌的溝槽 MOSFET 結(jié)構(gòu)沒有充分發(fā)揮性能潛力，而是旨在提供更高的可靠性。

HybridPACK 電源模塊提供了一條從硅到碳化硅的簡單升級路徑，占用空間相同。這使得逆變器設(shè)計能夠在 1200 V 級別實現(xiàn)高達 250 kW 的更高功率、更大的行駛里程、更小的電池尺寸以及優(yōu)化的系統(tǒng)尺寸和成本。為了為不同的功率級別提供最佳的性價比，該產(chǎn)品提供兩個不同芯片數(shù)量的版本，從而在 1200 V 等級中提供 400 A 或 200 A DC 額定版本。

英飛凌已經(jīng)在為第二代碳化硅技術(shù)（SiC GEN2）做準備。今天的第一代 HybridPACK Drive SiC 功率模塊系列將得到擴展，不僅提供 1200 V，還提供 700 V 阻斷電壓能力。

第一代 CoolSiC 汽車 MOSFET 技術(shù)針對牽引逆變器進行了優(yōu)化，重點是實現(xiàn)最低的傳導(dǎo)損耗，尤其是在部分負載條件下。結(jié)合碳化硅 MOSFET 的低開關(guān)損耗，這可以提高逆變器操作的效率，與硅 IGBT 相比。

除了優(yōu)化性能，英飛凌非常重視可靠性。汽車 CoolSiC? MOSFET 的設(shè)計和測試旨在實現(xiàn)短路穩(wěn)健性以及高度的宇宙射線和柵極氧化物穩(wěn)健性，這是設(shè)計高效可靠的汽車牽引逆變器和其他高壓應(yīng)用的關(guān)鍵。HybridPACK Drive CoolSiC 電源模塊完全符合汽車電源模塊的 AQG324 規(guī)范。

審核編輯 黃昊宇