【導讀】三菱電機開發了工業應用的NX封裝全SiC功率模塊
，采用低損耗SiC芯片和優化的內部結構
，與現有的Si-IGBT模塊相比，顯著降低了功率損耗，同時器件內部雜散電感降低約47%。

三菱電機開發了工業應用的NX封裝全SiC功率模塊，采用低損耗SiC芯片和優化的內部結構，與現有的Si-IGBT模塊相比，顯著降低了功率損耗，同時器件內部雜散電感降低約47%。

三菱電機從1994年開始研發SiC-MOSFET，經過試製驗證，目前正處於普及擴大的階段。SiC-MOSFET能夠使係統整體的效率最大化，具有濾波器等被動元件尺寸減小和冷卻係統小型化等各種優點，逐漸有替換Si-IGBT的趨勢。但是，SiC-MOSFET與Si-IGBT相(xiang)比(bi)

，由(you)於(yu)開(kai)關(guan)速(su)度(du)快(kuai)造(zao)成(cheng)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)高(gao)，超(chao)過(guo)器(qi)件(jian)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)提(ti)升(sheng)。為(wei)了(le)使(shi)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)在(zai)器(qi)件(jian)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)內(nei)，其(qi)中(zhong)一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)增(zeng)加(jia)柵(zha)極(ji)電(dian)阻(zu)並(bing)減(jian)慢(man)開(kai)關(guan)速(su)度(du)，但(dan)這(zhe)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)沒(mei)有(you)利(li)用(yong)SiC-MOSFET低損耗工作的優點。目前工業用Si-IGBT模塊中廣泛采用NX封裝，在考慮從Si-IGBT易替代性的同時，還可以利用SiC-MOSFET的特點，開發出能夠為係統高效率化做出貢獻的產品。圖1表示外觀圖，圖2表示內部結構圖。

圖1：產品外觀

一般與開關速度有很大關係的浪湧電壓由下式表示：

在式（1）計算出的ΔVDS加上母線電壓VDD的電壓，需要設計不超過器件的額定電壓
，但是為了抑製ΔVDS
，需要增大RG以抑製開關速度，或者使電路雜散電感Ls最小化。開關速度和回路電感的影響如圖3波(bo)形(xing)所(suo)示(shi)。回(hui)路(lu)電(dian)感(gan)包(bao)括(kuo)連(lian)接(jie)器(qi)件(jian)和(he)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)外(wai)部(bu)電(dian)路(lu)電(dian)感(gan)，以(yi)及(ji)器(qi)件(jian)內(nei)部(bu)的(de)雜(za)散(san)電(dian)感(gan)。外(wai)部(bu)回(hui)路(lu)雜(za)散(san)電(dian)感(gan)可(ke)通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)疊(die)層(ceng)母(mu)排(pai)結(jie)構(gou)或(huo)使(shi)用(yong)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)來(lai)降(jiang)低(di)，NX-SiC模塊通過內部疊層設計，使Ls最小化（Ls≒9nH）（圖2），來實現高速開關。

圖4、圖5顯示了與傳統NX封裝Si-IGBT特性比較的結果：

圖4：關斷浪湧電壓 vs Eoff

在圖4中，即使將SiC-MOSFET安裝在傳統Si-IGBT使用的NX封裝中（紅線左上角）

，當調整柵極電阻以保持電壓低於1700V時，Eoff也隻能降低到約40mJ。在Si-IGBT中，由於di/dt比較緩慢
，產生的浪湧電壓不超過1700V

，雖無規定柵極電阻的最小值，但即使在0Ω時進行開關Eoff也高達約150mJ（紅線右下方）。

為了在SiC-MOSFET中實現Eoff的進一步改善
，需要減小柵極電阻進行開關切換。從公式（1）中可得知降低封裝的雜散電感的重要性。實際上，采用低電感封裝的SiC-MOSFET可以將柵極電阻降至最低
，並將關斷電壓保持在額定電壓1700V以下，Eoff為10mJ，約為傳統NX封裝的1/4。SiC-MOSFET在模擬逆變器工作的損耗計算結果顯示

，搭載在傳統封裝上的損耗降低約為63%
，搭載在低電感封裝上的損耗降低約為72%。芯片溫度可以低62K（圖5）。在與Si-IGBT相同的芯片溫度工作時
，可將載波頻率提高約5倍（7kHz→35kHz），芯片的低損耗特性和高頻化有利於冷卻係統和濾波器等被動元件的小型化。

工業級全SiC-MOSFET以yi電dian源yuan行xing業ye為wei中zhong心xin被bei廣guang泛fan用yong於yu各ge種zhong應ying用yong。不bu僅jin改gai善shan了le芯xin片pian特te性xing，還hai開kai發fa了le能neng夠gou最zui大da限xian度du發fa揮hui芯xin片pian性xing能neng的de封feng裝zhuang，從cong而er提ti高gao係xi統tong整zheng體ti的de效xiao率lv及ji降jiang低di組zu件jian成cheng本ben等deng。未wei來lai，我wo們men將jiang繼ji續xu開kai發fa能neng實shi現xian係xi統tong節jie能neng的de功gong率lv模mo塊kuai。

文章來源：三菱電機半導體

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