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三相 1200V/450A SiC MOSFET 电动汽车智能 功率模块

日期:2023-06-14 人气:1347

作者:CISSOID 首席技术官,Pierre Delatte

越来越多的领先电动汽车制造商正在将碳化硅(SiC MOSFET)功率场效应管用于牵引逆变器,其中有些还采用了非传统的分立器件封装。但是,目前很难找到针对电动机驱动而优化的 SiC 功率模块来适配不同的应用。更进一步,将快速开关的 SiC 功率模块与栅极驱动器、去耦及水冷等整合为驱动总成,还要面对一些新的挑战。因此,经过完全优化和高度集成的智能功率模块解决方案,可以为客户节省大量的开发时间和工程资源。

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本文介绍了一种用于电动汽车电机驱动、或电力逆变器的新型 三 相 1200V SiC MOSFET 智 能 功 率 模 块(IPM)。 该 IPM提供了一种多合一的解决方案,含有栅极驱动器和三相全桥 SiCMOSFET 功率电路,可用于水冷功率系统。本文简要介绍了该功率模块的关键电气和热特性,讨论了其安全操作区域;最后,说明了栅极驱动器的关键特性 , 及其安全可靠的驱动 SiC MOSFET 的综合能力。图 1:CXT-PLA3SA12450AA 三相全桥 1200V/450A SiCMOSFET 智能功率模块三相全桥水冷 SiC MOSFET 智能功率模块CXT-PLA3SA12450AA是一个可扩展平台系列的首个产品,该三相 1200V/450A SiC MOSFET IPM 具有导通损耗低(Ron为 3.25mΩ)、开关损耗低(7.8mJ 开启和 8mJ 关断)等特点(在600V/300A 时,参见表 1)。相对于最新的 IGBT 电源模块,其损耗至少降低了三分之二。新模块通过轻巧的 AlSiC 针翅底板进行水冷,结至流体的热阻为 0.15℃ /W。该智能功率模块的额定结温高达 175℃,可以承受高达 3600V(50Hz,1min)的隔离电压。

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表 1:CXT-PLA3SA12450AA 的主要特性

热稳定性和安全的工作区域

智能功率模块是为高热环境的稳定性应用而设计的,额定的最高结温为175℃。栅极驱动器本身具备在最高环境工作温度为125℃的情况下、长时间工作的增强的耐热能力。如前所述,该智能功率模块通过轻巧的AlSiC 针翅底板冷却,每相的结至流体热阻为0.15℃ /W,当流速为10L/Min(推荐的冷却液为50%乙二醇,50%水),允许的流体最高流入端温度可达75℃。最大连续漏极电流(Id)与CXT-PLA3SA12450AA 的外壳温度之间的关系(根据最大Tj 时的导通电阻,热阻和最大工作结温计算)如图2 所示。最大连续漏极电流(Id)被视为比较功率模块的额定功率的标准参数,而品质因数(FoM,Figure of Merit)则揭示了RMS 相电流与开关频率的关系,如图3 所示;该曲线是针对600V 的DC总线电压、90℃的外壳温度、175℃的结温和50%占空比计算的。该FoM 曲线对于了解模块的适用性更为有用。CISSOID 的智能功率模块平台具有系列可扩展性,例如,从图3 还可推断(虚线)出未来的1200V/600A 模块的安全工作范围。

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图 2:最大连续漏极电流降额(Id)与CXT-PLA3SA12450AA的外壳温度之间的关系.


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图3:FoM 曲线, 1200V/450A SiC 功率模图3:FoM 曲线, 1200V/450A SiC 功率模块(CXTPLA3SA12450AA)的相电流(Arms)与开关频率(条件:VDC= 600V,Tc = 90℃,Tj <175℃,D = 50%),和预测未来的1200V/600A 模块(CXT-PLA3SA12600AA,正在开发中)相比较



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