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Wolfspeed 推出首款车规级SiC功率�？� EAB450M12XM3
2022/10/13 7:22:56 材料来源：化合物半导体
如今，许多市场都受益于碳化硅（SiC）技术所带来的优势，尤其是汽车行业。相对于传统硅（Si）组件，SiC 的性能更高，使系统的开关速度、工作温度、功率密度、整体效率更高，同时功耗更低。Wolfspeed SiC 器件产品组合涵盖广泛的功率水平和应用场景，从用于低功率的分立器件产品，到行业标准尺寸以及优化尺寸的高功率�？椴�，实现了功率连续性。EAB450M12XM3 是该大功率�？槠骷废盗械淖钚鲁稍保路酵� 1）。
▲ 图 1：满足车规要求的EAB450M12XM3 1200 V 450A SiC 半桥�？�
Wolfspeed 功率模块产品线（如图 2 所示）包括 WolfPACK �？�，这些模块提供符合行业标准的无基板式封装，工作电压和电流分别高达 1.2 kV 和 200 A。更高功率的�？椴捎糜呕潭雀叩姆庾埃视糜谝罂量痰挠τ贸【�。该组合中的所有�？槎贾荚谑迪窒嗤哪勘�，即最大限度地提高功率密度、简化布局/组装、实现可扩展的系统和平台、最大限度降低人工和系统组件成本，同时提供最高级别的可靠性。
▲ 图 2：Wolfspeed 功率�？椴纷楹�
XM3 系列
XM3 半桥模块充分利用 SiC 的优势，同时保持简单、可扩展特性且具有成本效益的尺寸，其重量和体积仅为行业标准 62 毫米对等产品的一半。这些 XM3 模块可最大限度提高功率密度，同时尽可能降低回路电感和开关损耗。此外，它们还配备低电感母线互连、集成式温度传感器、配置电压采样引脚，以及具有增强功率循环能力的高可靠性功率基板。此封装可实现 175 ˚C 最高结温，高可靠性氮化硅（SiN4）基板确保了在极端条件下的机械强度。封装为易模组化和可扩展性而设计，寄生电感低至 6.5 nH（与类似�？橄啾�，最多可将电感减少 50%）。因此，XM3 非常适合用于各种苛刻的恶劣条件，如牵引驱动器、直流快速充电机和汽车测试设备等汽车应用场景。与 SemiTrans 3 或 EconoDual 等类似功率�？橄啾龋谥昧煜� SiC 技术的 XM3 封装可以使系统设计更加紧凑，而且两种功率模块具有相似的额定电压和电流（在 1200 V 时高达 450 A）。图 3 显示了解封状态下 XM3 半桥�？榈母┦油�。
▲ 图 3：Wolfspeed XM3 半桥�？�，俯视图
EAB450M12XM3
表 1 列出了 EAB450M12XM3 模块的最大参数（摘自数据表）。
▲ 表 1：EAB450M12XM3 最大参数
亮点包括 1200 VDS max 450 A 连续漏极电流和 175 ˚C 虚拟结温（在开关期间），这些特性都已经过设计验证。下面的表 2 中列出了 MOSFET 特性（每个桥臂）的摘要。
▲ 表 2：EAB450M12XM3 MOSFET 特性
上表中值得注意的参数包括 25 ˚C 条件下的极低 RDS(on) 值 2.6 mΩ 和低结壳热阻值 0.110 ˚C/W。图 4 展示了 MOSFET 的开关损耗。请注意，即使结温较高，开关损耗也相当恒定。
▲ 图 4：EAB450M12XM3 MOSFET 开关损耗
MOSFET 的体二极管的正向电压值为 4.7 V，恢复时间值为 52 ns（有关反向恢复性能及其低损耗的图表，请参见图 5）。这一快速恢复时间和低恢复损耗特性大幅提高了 MOSFET 在开关期间的性能。
▲ 图 5：EAB450M12XM3 反向恢复性能
内置 NTC 温度传感器的额定电阻为 4.7 kΩ，容差为 ±1% (ΔR/R)，能够提供高精度的温度保护功能。热监控功能对于实现高可靠性至关重要，因此，通过这种实时反馈功能，可以帮助设计人员优化控制技术。
此外，专用开尔文漏极引脚可实现用于栅极驱动器过流�；さ闹苯拥缪共裳�，在高速开关时，这大幅减少了由杂散电感造成的额外电压引起的误差。
原理、引脚和性能图
图 6 显示了 EAB450M12XM3 的内部接线。
▲ 图 6：EAB450M12XM3 内部接线/示意图和引脚
图 7 和图 8 显示了 EAB450M12XM3 的一些相关性能特征。图 7 所示的输出特性展示了在较高结温条件下运行时 VDS 和 RDS(on) 的增加情况，并显示了 Wolfspeed 第三代 SiC MOSFET 技术提供的低 RDS(on) 温度系数。图 8 显示了瞬态热阻和正向偏置安全工作区。如应用说明 CPWR-AN29 中所示，必须通过适当的安装和散热来管理该�？榈奈露�。CRD300DA12E-XM3参考设计包括3个EAB450M12XM3�？�，CRD600DA12E-XM3 包括 6 个 EAB450M12XM3 �？�，这些参考设计展示了一个完整的优化组合，其中包括�？�、散热装置、母线、栅极驱动器、电压/电流传感器和控制器�？梢栽谀？榈氖荼碇胁榭锤嘈阅芎褪毙蛲�。
▲ 图 7：各种漏极电流和结温所产生的特性（左）和 RDS(on)（右）
▲ 图 8：MOSFET 结壳热阻（左）和正向偏置安全工作区（右）
图 9 显示了逆变器应用场景的载流量（输出电流）和开关频率之间的关系。
▲ 图 9. 输出电流能力与开关频率（逆变器应用）
参考设计和支持工具
功率密度为 32 kW/L [CRD300DA12E-XM3]（图 10）的 CRD300DA12E-XM3 300 kW 高性能三相逆变器十分有用，可帮助您开始实施适用于各种应用场景的三相配置。它具有 XM3 系列�？榈闹疃嘤诺�，包括紧凑尺寸/轻量、更高功率密度、高效率、超低损耗和低散热设计要求，所有这些特性都降低了系统级成本。该设计的直流母线电压为 800 V（最大 900 V），电流为 360 A。此外，还包括一个 Wieland MicroCool CP3012-XP 冷板（也如图 10 所示），用于热管理（并降低结热阻），该冷板专门针对 SiC 的高热通量进行了优化。
▲ 图 10：CRD300DA12E-XM3 300 kW 高性能三相逆变器参考设计，功率密度为 32 kW/L [CRD300DA12E-XM3]（左）和 Wieland MicroCool 冷板（右）]
KIT-CRD-CIL12N-XM3（图 11）是一个评估平台，使设计人员能够在发生电感负载开关事件时准确测量 Wolfspeed XM3 功率模块的电压和电流波形。这使得可以在精确的测试条件下计算开关损耗能量，以动态地评估模块，并便于进行模块内比较操作。它对应的栅极驱动器（也显示在图 11 中）是直接安装的双通道隔离栅极驱动器，已专门针对 XM3 功率�？榻辛擞呕�。
▲ 图 11. 用于 MX3 半桥模块（左）和 CDG12HBXMP XM3 栅极驱动器的 KIT-CRD-CIL12N-XM3 评估平台
此外，SpeedFit 2.0 设计仿真软件有助于加速设计过程，其仿真结果基于计算的损耗、估计的结温和实验室数据，适用于从简单降压/升压转换器到完全双向图腾柱 PFC 设计的各种常见拓扑结构。这有助于验证满足应用场景的�？楹推骷�，同时为不同的器件和配置提供真正的比较性能。
总结
概括而言，符合汽车标准的 EAB450M12XM3 半桥全 SiC �？橹邪ň哂杏呕纳⑷壬杓频母吖β拭芏确庾�，可满足各种应用场景（如电机和牵引驱动器、车辆快速充电机和汽车测试设备）的要求。设计人员能在一个易于使用的封装中实现 SiC 的各种优势（高开关频率、低损耗、更高功率和额定温度以及更佳效率和可靠性）。该封装提供的端子设计，可以直接连接母排，而无需折弯或套管，实现了简单的低电感设计。其它与 EAB450M12XM3 相配合的车规级元器件可以通过新设立的 Power Applications Forum （功率应用在线讨论平台）查询。此外，还提供一些参考设计、应用说明和设计资源（如仿真软件），以帮助加速开发流程并为设计人员建立信心。敬请访问 Wolfspeed 网站，了解更多 XM3 功率�？�、访问参考设计有关的信息。
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