CISSOID 最近發布了專為降低開關損耗或提高功率而定制的新型液冷模塊，屬于其三相碳化硅 （SiC） MOSFET 智能功率模塊 （IPM） 產品系列。在接受 CISSOID 首席技術官 Pierre Delatte 采訪時指出，新模塊要么基于用于液冷的輕型針翅基板，要么基于扁平基板，以滿足航空航天領域對自然對流或強制冷卻的需求。在專用工業應用中，具有集成的 3 相 SiC MOSFET 器件。

“在航空航天領域，除了用于機電執行器的傳統電機驅動器或用于與飛機電氣化相關的機載能源發電的電源轉換器之外，CISSOID還參與了一些有趣的項目，以解決電氣制動和高速電機的新概念。在電動汽車應用中，我們的碳化硅 （SiC） 智能功率模塊旨在用于高壓牽引逆變器，其中 SiC 技術將發揮重要作用，”Pierre Delatte 解釋說。

用于電動汽車和航空航天的碳化硅

作為寬帶隙半導體，碳化硅表現出比硅更大的帶隙能量（3.2eV，大約是硅的三倍，等于1.1eV）。由于需要更多的能量來激發半導體導電帶中的價電子，因此可以實現更高的擊穿電壓、更高的效率和更好的高溫熱穩定性。SiC MOSFET 的主要優點是漏源極導通電阻 （R DS（ON） ） 低，在相同擊穿電壓下比硅器件低 300-400 倍。因此，基于 SiC 的功率器件能夠提供更高的功率水平，最大限度地減少功率損耗，同時提高效率并減少組件占用空間。

“如今，對 SiC 功率器件的強勁需求推高了價格和交貨時間。由于特斯拉在其主逆變器中采用了該技術，因此所有電動汽車制造商都在轉向使用 SiC 功率模塊。”Pierre Delatte 繼續說道。

在航空航天領域，采用 SiC 的主要動機是該技術提供的重量減輕，這得益于更低的損耗和更好的熱特性，從而降低了冷卻要求。

導熱性確實是一個額外的關鍵特性，表明提取半導體器件功率損耗產生的熱量是多么容易，防止器件的工作溫度危險地上升。對于熱導率低的半導體器件，如硅，更難以保持較低的工作溫度。為此，引入了一種特定的操作模式，稱為降額，通過該模式引入性能的部分降低，以便在高溫下不損害組件。

碳化硅設計

基于 SiC 的功率轉換器設計專注于實現高功率密度。集成的柵極驅動器可防止寄生導通；去飽和檢測和軟關斷 （SSD） 對短路事件做出快速但安全的反應。

基于針鰭基板的 Cissoid 新型液冷模塊的額定阻斷電壓為 1200V，最大連續電流為 340A 至 550A。導通電阻從 2.53 mOhm 到 4.19 mOhm 不等，具體取決于額定電流。總開關能量在 600V/300A 時低至 7.48 mJ （Eon） 和 7.39 mJ （Eoff）。根據 Pierre Delatte 的說法，“智能電源模塊 （IPM） 傳統上意味著電源模塊和柵極驅動器的集成。電源模塊和柵極驅動器的協同設計可以通過仔細調整 dV/dt 和控制快速開關固有的電壓過沖來優化 IPM 以實現最低開關能量。柵極驅動器的溫度穩定性還有助于其與通常耗散數百瓦的功率模塊緊密集成。

通過解決驅動快速開關 SiC 晶體管的挑戰，Pierre Delatte 強調該 IPM 平臺使客戶能夠加快設計速度。“我們還致力于為我們的 IPM 解決方案添加更多智能和新功能，以提高性能和集成度，同時簡化基于 SiC 的電源轉換器設計，”他說。

圖 1：帶有扁平（左）和針鰭（右）底板的 SiC 智能功率模塊

新型風冷模塊專為無法使用液體冷卻的應用而設計，例如航空航天機電執行器和電源轉換器。Pierre Delatte 解釋了這個 IPM 平臺是如何被創建來加速基于 SiC 的電機驅動器的電動汽車開發的，現在正在整個航空航天領域推廣。

“我們用乙二醇 （50%） 和水 （50%） 的混合物表征了電源模塊的熱阻抗，水是電動汽車 （EV） 中常用的冷卻劑。人們還可以使用我們的參考冷卻器（見圖）使用自己的冷卻劑輕松測試模塊。該冷卻器可以用 PA12 材料 3D 打印（圖 2）。進出的溫度和壓力由專用傳感器測量，”Pierre Delatte 說。

圖 2：基于液體的模塊

Pierre Delatte 還指出，功率密度和重量在航空航天領域至關重要，這使得碳化硅 （SiC） 技術非常有價值。碳化硅可實現更低的開關損耗和更高的工作溫度，這將使航空電源轉換器更容易冷卻、更緊湊、更輕。

“我們的 SiC IPM 平臺能夠在高達 175°C（結溫）的溫度下工作，而且柵極驅動板的額定工作溫度高達 125°C（環境溫度）以支持高功率密度。在航空航天領域，液冷很少是一種選擇。因此，CISSOID 提出了一種帶有扁平基板（見圖 1）的電源模塊，用于強制風冷或自然對流。底板采用 AlSiC 材料，比傳統使用的銅更輕，”Pierre Delatte 總結道。

隨著碳化硅在更廣泛的應用中采用的增長，早期的 SiC 用戶已經在汽車、工業、航空航天和國防領域實現了優勢。成功將繼續依賴于驗證 SiC 器件可靠性和堅固性的能力。隨著開發人員采用整體解決方案戰略，他們將需要獲得由完整可靠的全球供應鏈和所有必要的設計模擬和開發工具支持的綜合產品組合。