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SiC器件如何增加功率电路的安培容量
材料来源：CREE科锐
“安培容量”是指功率器件的电流载流量，通常是限制功率设计性能的最大因素之一。一颗在给定热管理要求下能够良好运行的元件，对于设计工程师而言十分重要。
功率器件能够根据开关频率、器件损耗机制以及从芯片结点到冷却介质的热管理来提供输出电流。需要根据元件安培容量的相关参数来选择部件。根据设计和元件规格，市场上可供选择的产品选项屈指可数。因此，功率系统设计师要想模拟并挑选最接近安培数的器件，以满足系统要求，同时又能优化性能与系统材料清单 (BOM)，他们的产品选择就十分有限。
与传统 Si 基产品相比，宽禁带 (WBG) 半导体器件能提供相对更高的安培容量。这能够显着地提高高功率设计中的功率密度，正在成为此类电路设计师的首选。这类器件的导通损耗和开关损耗较低，从而在提供高安培容量方面表现出众。碳化硅 (SiC) 是一种得到广泛接受的宽禁带半导体材料，凭借其以更小体积、更高效率处理更高功率的能力，能够很好地满足设计人员的要求。
Wolfspeed WolfPACK 是一款全 SiC �？�，便于在单个封装内集成电路拓扑，从而以标准尺寸为功率电路提供更高的安培容量。该模块体积紧凑，易于安装启用，在相同的配置条件下，与多种分立器件相比，其在某些系统设计中的性能更为出色。这有赖于该�？樵诘ジ龌字谡狭讼呗妨雍头庾�，因此无需进一步嵌入绝缘层，还能避免附加的寄生效应。
图 1. Wolfspeed WolfPACK 是 Wolfspeed 最新的功率�？�，能够提供业界领先的 SiC 解决方案，采用众所周知且耐用的工业封装，易于安装应用。
现在让我们来看以下一些条件，例如温度、开关频率、散热性能等，以及其如何影响总体安培容量和功率系统性能。
温度
模块的额定直流电流是基于封装的热阻、系统热管理方式以及最大额定结点温度下封装体内的电阻 (Rdson) 。随着功率器件温度的升高，由于温度与 Rdson 的关系，器件会提供更低的输出电流。SiC 功率器件的导通损耗更低，且不存在固有的电势压降（目前市面上相同尺寸的传统元件存在此现象），因此 Wolfspeed WolfPACK �？榭商峁┩喔诺男阅�。
开关频率
开关频率，即器件在一秒内开关的次数，通�；嵩黾佣鸷�，减少输出电流平均承载能力。提高系统的开关频率通常是理想的方法，因为这样有助于采用更小的无源器件，例如电容器、滤波器、电感器等。SiC 器件具有动态损耗较低的特点，这使得电路设计人员能够提高可用的最大开关频率，同时维持在较高的母线电压水平上，实现显着高于其他 Si 基产品的功率密度参数。
散热
显着影响器件安培容量一大主要因素便是散热。正如之前所述，SiC 器件的损耗更小，可在单个陶瓷基片上进行安装，到散热器无须进行额外的电压隔离。这在最大程度上减少了到周围冷却环境的热阻，从而为设计师带来更简单的系统安装应用方式，并最小化热管理成本和所需尺寸。
图 2. 图片重点展现了 Wolfspeed WolfPACK 模块如何仅使用两个螺栓安装复杂的拓扑结构，安全地使用压接引脚安装至 PCB，以及如何给冷却板提供陶瓷绝缘层。
安培容量
综合上述所有因素，将决定模块的输出安培容量。由于 SiC 功率器件的 Rdson 和动态损耗更低，所以与传统的半导体技术相比，其在开关应用中的有效值输出电流更高。此外，耦合在绝缘封装中能够将热阻减小至最低水平，因而相同体积下的可用电流安培数也会再度提高。再结合 Wolfspeed 功率�？橹� SiC 器件的高速受控开关，可使得传递到负载的 SiC 单位面积内的有效值电流达到最高数值。每个�？橹姓饫嘈阅芴嵘�，将体现在更多的有效值电流、尽可能低的结温和/或更高的系统效率等形式。
小结
如大家所见，更高的安培容量在确保面向中功率应用的�？楣β市阅芊矫娣⒒幼胖匾饔谩４死嘤τ冒ǖ幌抻诘缍党涞纭⑻非Ｒ⒐ひ底远�、电机驱动控制、工业电源以及可再生能源设计（例如太阳能逆变器）。这是由于较高的安培容量能够实现灵活、可扩展的模块，为从单千瓦到数百千瓦的功率设计提供解决方案。
Wolfspeed WolfPACK 这样的功率�？椴诽峁┝俗畲蠡才嗳萘康恼宸椒ǎ佣镏档统杀�、最小化设计复杂性以及提高总体系统性能。与此同时，还能够简化功率产品的原型开发和制造。
浏览关于 Wolfspeed WolfPACK 的更多信息，了解其如何在一系列功率应用中影响整体安培容量和性能。
关于英文原稿，敬请浏览：
https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/how-sic-devices-boost-ampacity-in-power-circuits
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