說到減少碳化硅MOSFET開關損耗，完全有可能，但讓電力模塊在運行時保持高開關速度，那可不是一件輕松的事。

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我們得接受這個現實：電力模塊從依賴硅IGBT技術轉向碳化硅MOSFET技術的趨勢是擋不住的。可問題是，硅IGBT那套行事方式里的一些老舊偏好，比如某些特定的形狀因素，還在阻礙碳化硅的商業化步伐。因為這些老舊的設計往往會導致較高的寄生電感。幸好，三菱電機搞出了一種改良的NX封裝，專門用于碳化硅MOSFET，里面還帶有一套巧妙的母線結構。

硅IGBT的芯片技術已經發展到了一個瓶頸，新一代產品相比上一代的提升已經小巫見大巫了，也就是說，新產品已經越來越接近于材料物理極限了。

寬禁帶半導體像碳化硅MOSFET，它們提供了一個在整體半導體功率損耗上大幅度減少的機會。用碳化硅MOSFET來減損，一部分得益于降低開關損失的可能，同時提高開關頻率。這樣一來，過濾器組件可以做得更優，相應的損耗也能降下來，系統的總損耗也就跟著減少了。

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再說說挑戰吧，碳化硅MOSFET封裝要考慮的點可不少。

碳化硅MOSFET比硅IGBT開關得更快，減少開關損耗是有希望的。但要在電力模塊實際運作時達到高開關速度，這里面有難度。

開關超調電壓是個問題：MOSFET關斷時的電壓超調(?VDS)其實就是電力模塊封裝里的寄生電感(Ls)和漏電流變化率(dID/dt)搞的鬼。封裝內部的電感越大，允許的最大(dID/dt)就越低。

還有內部電流平衡問題：電力模塊能處理多大的電流，關鍵在于能有多少芯片在封裝里并行。在靜態和動態操作期間，保持芯片間漏電流的均勻分布至關重要。于是，設計師們就得巧妙設計電力模塊的封裝，確保每個芯片都能得到合理的電流平衡。

至于形狀因素偏好和挑戰，傳統的650V、1200V或1700V級別的半橋硅IGBT模塊，有的產品電流等級能達到好幾百安培，它們普遍采用NX封裝，這種設計在工業電力轉換領域用了好幾年。理想情況下，保持現有的電力模塊形狀因素(比如成熟的NX封裝)是最好不過了。

但是，傳統的NX封裝內部電感大概20nH，對于碳化硅來說不太行。再來，如上圖，傳統NX封裝需要硅IGBT芯片沿著電力模塊的長軸排列。這樣芯片間的動態電流共享就不理想，這對想直接用碳化硅的設計師來說是個大難題。

但好在有適用于碳化硅的低電感NX封裝。NX封裝的內部格局已經為了適應碳化硅而做了改進，下圖展示了改良后NX封裝的內部剖面圖。

DC+和DC-母線是“層壓結構”，它們盡量貼近放置，還有絕緣層隔開，目的是最大化磁場互相抵消。而且DC+和DC-母線是直接粘到基板上，這樣就避免了使用導線進行連接導致額外寄生電感的問題。

與常規NX設計用硅IGBT不同，芯片不是沿模塊長軸排列。工程師們還開發了一個優化的電路圖樣，目的是讓不同芯片之間的電流分享更加理想。改良后的低電感NX模塊測出來的內部電感只有9nH，比常規NX電力模塊減少了大概47%的寄生電感。

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現在，NX碳化硅模塊已經有1700V/600A (FMF600DXE-34BN)和1200V/600A (FMF600DXE-24BN) 的型號了。這兩種設備都采用了半橋拓撲(2合1配置)。電力模塊包括了陶瓷基板(AlN基板)并用硅膠進行封裝。這些模塊都是基于三菱第二代碳化硅芯片技術的。

性能基準測試, 咱們可以這么搞：

首先得掌握，我們用的這新版的碳化硅NX模塊到底牛在哪兒。得比較一下改進前后的情況： 改進的NX封裝效果如何，和普通NX封裝相比有啥區別。碳化硅MOSFET芯片技術本身，和以前的硅IGBT技術比起來，到底提升了多少。

咱們看圖7，對比一下關鍵的數據點——收集一下感應電壓超調，比如碳化硅MOSFET的VDS (V)和IGBT的VCE (V)，還有關斷開關能量(Eoff [mJ/脈沖])。設定一下場景，比如電壓1000V，電流600A，溫度150°C，這樣從圖7里能得出點啥呢?

對于常規NX封裝來說，紅線顯示的是第七代1700V的硅IGBT和考慮普通NX封裝(LS 大約是20nH)的1700V第二代碳化硅MOSFET的VCE (V)。用的是同一個包裝，碳化硅MOSFET能減少關斷損耗(Eoff)，不過，電壓超調就得小心點兒，別超出安全邊際，否則會進入RBSOA(就是一個不太安全的操作區域)。

現在再看改進后的低電感NX封裝，這回是藍線顯示的1700V碳化硅MOSFET的VDS。顯而易見的是，RBSOA能保持在安全范圍內，對Eoff也沒啥影響。電感值LS=9nH的情況下，關斷門電阻可以選得更低了。

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接下來聊聊第二個項目，如圖它對比了第七代1700伏硅IGBT(就是常規NX封裝的)和第二代碳化硅MOSFET(無論是傳統的還是改進后的低電感NX封裝)。

咱們從圖里可以得出的結論是，用上了這個新出爐的低電感SiC MOSFET，保持NX封裝的外觀不變，就能比硅IGBT模塊減少72%的功率損耗。因此，開關頻率得以提高5倍，這對濾波器來說簡直就是個大優化。同時，最高結溫也能保持在規定范圍以下。

提高功率損失性能，這對于保持競爭力、給終端用戶帶來經濟效益都至關重要。每推出新一代的硅IGBT，都是比上一代功率損失性能更強。但是，硅IGBT的發展快到頭了，碳化硅MOSFET這塊兒就越發吸引人眼球。

現在最后一個障礙，就是得讓SiC的電力模塊形狀因子和硅IGBT的一樣。三菱電機推出的這個升級版低電感NX封裝和第二代SiC MOSFET，就是為了解決這個難題，充分滿足各種電力轉換的需求。