如今，許多市場都受益于碳化硅（SiC）技術所帶來的優(yōu)勢，尤其是汽車行業(yè)。相對于傳統(tǒng)硅（Si）組件，SiC 的性能更高，使系統(tǒng)的開關速度、工作溫度、功率密度、整體效率更高，同時功耗更低。Wolfspeed SiC 器件產(chǎn)品組合涵蓋廣泛的功率水平和應用場景，從用于低功率的分立器件產(chǎn)品，到行業(yè)標準尺寸以及優(yōu)化尺寸的高功率模塊產(chǎn)品，實現(xiàn)了功率連續(xù)性。EAB450M12XM3 是此大功率模塊器件產(chǎn)品系列的最新成員。

Wolfspeed 功率模塊產(chǎn)品線包括 WolfPACK 模塊，這些模塊提供符合行業(yè)標準的無基板式封裝，工作電壓和電流分別高達 1.2 kV 和 200 A。更高功率的模塊采用優(yōu)化程度更高的封裝，適用于要求苛刻的應用場景。該組合中的所有模塊都旨在實現(xiàn)相同的目標，即，最大限度地提高功率密度、簡化布局/組裝、實現(xiàn)可擴展的系統(tǒng)和平臺、最大限度降低人工和系統(tǒng)組件成本，同時提供最高級別的可靠性。

圖2：Wolfspeed功率模塊產(chǎn)品組合

XM3 系列

XM3 半橋模塊充分利用 SiC 的優(yōu)勢，同時保持簡單、可擴展特性且具有成本效益的尺寸，其重量和體積僅為行業(yè)標準 62 毫米對等產(chǎn)品的一半。這些 XM3 模塊可最大限度提高功率密度，同時盡可能降低回路電感和開關損耗。此外，它們還配備低電感母線互連、集成式溫度傳感器、配置電壓采樣引腳，以及具有增強功率循環(huán)能力的高可靠性功率基板。此封裝可實現(xiàn) 175 ?C 最高結溫，高可靠性氮化硅（SiN4）基板確保了在極端條件下的機械強度。封裝為易模組化和可擴展性而設計，寄生電感低至6.5 nH（與類似模塊相比，最多可將電感減少 50%）。因此，XM3 非常適合用于各種苛刻的惡劣條件，如牽引驅(qū)動器、直流快速充電機和汽車測試設備等汽車應用場景。與 SemiTrans 3 或 EconoDual 等類似功率模塊相比，內(nèi)置領先SiC技術的XM3封裝可以使系統(tǒng)設計更加緊湊，而且兩種功率模塊具有相似的額定電壓和電流（在 1,200 V 時高達 450 A）。

EAB450M12XM3

表 1 列出了 EAB450M12XM3 模塊的最大參數(shù)（摘自數(shù)據(jù)表）。

表 1：EAB450M12XM3 最大參數(shù)

亮點包括1200 VDS max 450 A連續(xù)漏極電流和175 ?C虛擬結溫（在開關期間），這些特性都已經(jīng)過設計驗證。下面的表2中列出了MOSFET特性（每個橋臂）的摘要。

表 2：EAB450M12XM3 MOSFET 特性

上表中值得注意的參數(shù)包括 25 ?C 條件下的極低 RDS(on)值 2.6 mΩ 和低結殼熱阻值 0.110 ?C/W。

MOSFET 的體二極管的正向電壓值為 4.7 V，恢復時間值為 52 ns。這一快速恢復時間和低恢復損耗特性大幅提高了 MOSFET 在開關期間的性能。

內(nèi)置 NTC 溫度傳感器的額定電阻為 4.7 kΩ，容差為 ±1% (ΔR/R)，能夠提供高精度的溫度保護功能。熱監(jiān)控功能對于實現(xiàn)高可靠性至關重要，因此，通過這種實時反饋功能，可以幫助設計人員優(yōu)化控制技術。

此外，專用開爾文漏極引腳可實現(xiàn)用于柵極驅(qū)動器過流保護的直接電壓采樣，在高速開關時，這大幅減少了由雜散電感造成的額外電壓引起的誤差。

原理、引腳和性能圖

輸出特性展示了在較高結溫條件下運行時 VDS和 RDS(on)的增加情況，并顯示了 Wolfspeed 第三代 SiC MOSFET 技術提供的低 RDS(on)溫度系數(shù)。圖 8顯示了瞬態(tài)熱阻和正向偏置安全工作區(qū)。如應用說明 CPWR-AN29 中所示，必須通過適當?shù)陌惭b和散熱來管理該模塊的溫度。CRD300DA12E-XM3參考設計包括3個EAB450M12XM3模塊，CRD600DA12E-XM3包括6個EAB450M12XM3模塊，這些參考設計展示了一個完整的優(yōu)化組合，其中包括模塊、散熱裝置、母線、柵極驅(qū)動器、電壓/電流傳感器和控制器?？梢栽谀K的數(shù)據(jù)表中查看更多性能和時序圖。

參考設計和支持工具

功率密度為 32 kW/L [CRD300DA12E-XM3]的 CRD300DA12E-XM3 300 kW 高性能三相逆變器十分有用，可幫助您開始實施適用于各種應用場景的三相配置。它具有 XM3 系列模塊的諸多優(yōu)點，包括緊湊尺寸/輕量、更高功率密度、高效率、超低損耗和低散熱設計要求，所有這些特性都降低了系統(tǒng)級成本。該設計的直流母線電壓為 800 V（最大 900 V），電流為 360 A。此外，還包括一個 Wieland MicroCool CP3012-XP 冷板，用于熱管理（并降低結熱阻），該冷板專門針對 SiC 的高熱通量進行了優(yōu)化。

KIT-CRD-CIL12N-XM3是一個評估平臺，使設計人員能夠在發(fā)生電感負載開關事件時準確測量 Wolfspeed XM3 功率模塊的電壓和電流波形。這使得可以在精確的測試條件下計算開關損耗能量，以動態(tài)地評估模塊，并便于進行模塊內(nèi)比較操作。它對應的柵極驅(qū)動器是直接安裝的雙通道隔離柵極驅(qū)動器，已專門針對 XM3 功率模塊進行了優(yōu)化。

此外，SpeedFit 2.0 設計模擬器有助于加速設計過程，其模擬結果基于計算的損耗、估計的結溫和實驗室數(shù)據(jù)，適用于從簡單降壓/升壓轉(zhuǎn)換器到完全雙向圖騰柱 PFC 設計的各種常見拓撲結構。這有助于驗證滿足應用場景的模塊和器件，同時為不同的器件和配置提供真正的比較性能。

總結

概括而言，符合汽車標準的 EAB450M12XM3 半橋全 SiC 模塊中包括具有優(yōu)化的散熱設計的高功率密度封裝，可滿足各種應用場景（如電機和牽引驅(qū)動器、車輛快速充電機和汽車測試設備）的要求。設計人員能在一個易于使用的封裝中實現(xiàn) SiC 的各種優(yōu)勢（高開關頻率、低損耗、更高功率和額定溫度以及更佳效率和可靠性）。該封裝提供的端子設計，可以直接連接母排，而無需折彎或套管，實現(xiàn)了簡單的低電感設計。其它與 EAB450M12XM3 相配合的車規(guī)級元器件可以通過新設立的 Power Applications Forum 查詢。

審核編輯：郭婷