英飛凌科技為電機控制應用開發了一款評估板，其中包括一個三相 SiC 模塊。特別是，它在電力驅動器中使用了 CoolSiC MOSFET 模塊的功率。

CoolSiC MOSFET
碳化硅 (SiC) 是具有同素異形體的硅和碳的化合物。碳化硅的優點包括：

帶隙為 3.3 eV，而硅為 1.2 eV；

擊穿場為 2.2 MV/cm，而硅為 0.3 MV/cm；

導熱系數為 4.9 W/cm K（硅為 1.5 W/cm K）；和

電子漂移速度為 2,107 cm/s，而硅的漂移速度為 1,107 cm/s。

由于 SiC 的擊穿場高出 10 倍，有源區可以做得更薄，并且可以包含更多的自由載流子。結果，電導率顯著更高。與雙極 IGBT 不同，SiC 的材料特性能夠設計出快速開關的單極器件。基于寬帶隙的功率器件，例如 SiC 二極管和晶體管，是電力電子設計的既定元素。與此同時，MOSFET 被普遍接受為首選概念（圖 1）。

圖 1：寬帶隙半導體的應用（圖片：英飛凌科技）

基于 SiC 材料的這些優勢，SiC MOSFET 正在成為太陽能逆變器和非車載電動汽車 (EV) 充電器等大功率應用中極具吸引力的開關晶體管。由于特定的溝槽結構，CoolSiC MOSFET 提高了溝道遷移率并提高了柵極氧化物的可靠性。

英飛凌最近推出了 CoolSiC MOSFET 器件，完善了其 650-V/1,200-V 產品組合。該技術旨在補充這種阻斷電壓等級的 IGBT，以及成功的 CoolMOS 技術。CoolSiC MOSFET 650-V 器件的額定值為 27 mΩ 至 107 mΩ。它們采用經典的三引腳 TO-247 封裝以及 TO-247 的四引腳版本，可實現更低的開關損耗。據英飛凌稱，與競爭的硅和 SiC 解決方案相比，650 V 的 CoolSiC MOSFET 提供的優勢包括更高頻率的開關效率和出色的可靠性。

由于與溫度相關的導通電阻 (R DS(on) ) 非常低，MOSFET 具有出色的熱性能。據稱，這些器件堅固而穩定的體二極管可保持極低水平的反向恢復電荷 (Qrr) — 比最好的超結 CoolMOS MOSFET 低約 80%。換向魯棒性有助于輕松實現 98% 的整體系統效率——例如，通過使用連續導通模式圖騰柱功率因數校正 (PFC)。

圖 2：FS45MR12W1M1_B11 模塊示意圖（圖片：Infineon Technologies）

阻斷電壓為 1,200 V 的 SiC MOSFET 在太陽能轉換器、不間斷電源、電池充電器和工業驅動器等應用中很受歡迎。FS45MR12W1M1_B11 是一款 EasyPACK 1B 1,200-V、45-mΩ 六組模塊，采用 CoolSiC MOSFET、NTC 電阻器和 PressFIT 接觸技術（圖 2）。據英飛凌稱，它采用低電感設計，可提供最高效率以減少冷卻工作。

ROHM Semiconductor 提供 SCT3105KR 1,200-V SiC MOSFET，其采用溝槽柵極結構，針對需要高效率的服務器電源、太陽能逆變器和 EV 充電站進行了優化。采用新的四引腳封裝，將電源和驅動器源極端子分開，從而最大限度地提高高速開關性能。因此，與傳統的三引腳封裝 (TO-247N) 相比，總開啟和關閉損耗可減少多達 35%。

評估板
Eval-M5-E1B1245N-SiC 評估板是 iMOTION 模塊化應用設計套件 (MADK) 平臺的一部分，設計用于一系列控制板和功率級。該板可通過 iMOTION MADK-M5 32 針接口連接器連接到控制板，例如 XMC DriveCard 4400 或 XMC DriveCard 1300。

圖 3：Eval-M5-E1B1245N-SiC 評估板的框圖（圖片：英飛凌科技）

開源卡配備了允許實施控制傳感器的相位輸出分流器。它有一個三相交流連接器、一個 EMI 濾波器以最大限度地減少對連接電網的高頻輻射、一個整流器、一個用于電機連接的三相輸出、一個提供 5 V 的輔助電源、一個集成 NTC 溫度傳感器、和碳化硅 FS45MR12W1M1_B11 六包電源模塊（圖 3-5）。

圖 4：Eval-M5-E1B1245N-SiC 板（圖片：EE Times Europe）

圖 5：帶有風扇的評估板和散熱器（圖片：EE Times Europe）

Eval-M5-E1B1245N-SiC 框圖如圖 3所示。所有測量和控制信號都可在 32 針驅動卡接口連接器上使用。板上還提供過熱和過流保護的硬件電路。電源區和信令區分開以避免雜項干擾。基本絕緣隔離信號部分。通過將當前的 MOSFET 驅動器和輔助電源變壓器（T650、TR200、TR201）替換為具有適用于給定應用的安全認證的部件，隔離設計可以輕松升級為安全電氣隔離。

其他功能包括：

輸入電壓 340 至 ~480 VAC；

最大 7.5 kW 電機功率輸出；

帶 delta-sigma ADC 的隔離式電流感應；

通過 delta-sigma ADC 對直流母線電壓進行隔離感應；

熱敏電阻輸出；

過載和短路硬件保護；

保護期間所有六個開關都關閉；

堅固的柵極驅動器技術，對瞬態和負電壓具有穩定性；

輔助 5V 電源；

與標準示波器探頭兼容的測量測試點；和

RoHS 合規性。

圖 6：Eval-M5-E1B1245N-SiC 的頂視圖（表 1 中的詳細信息）（圖片：英飛凌科技）

該板的尺寸為 259 × 204 × 1.6 mm，有四個電層，每層都有 35 μm 的銅。圖 6顯示了電路板的詳細信息，如表 1 所述。為了獲得輸出電流的準確測量和對稱過流檢測，必須調整模擬信號的偏移電壓（圖 7）。基本電路板布局可分為四個子類別：轉換器的輸入電路、輔助電源、功率級和測量。輸入電路配有兩個 NTC 電阻，用于限制浪涌電流。

表 1：圖 6 的詳細信息

圖 7：偏移調整的相關部件（圖片：英飛凌科技）

SiC 器件在電機控制和電力控制應用中的使用代表了節能、減小解決方案尺寸、集成和可靠性方面的飛躍，尤其適用于汽車和工業自動化控制設計。Eval-M5-E1B1245N-SiC 是一款完整的評估板，包括用于電機驅動應用的三相 SiC 功率模塊。

審核編輯 黃昊宇