在今年的虛擬 PCIM 貿易展上，英飛凌科技發布了一款基于成熟的、市場領先的 CoolSiC MOSFET 技術的新型汽車電源模塊。HybridPACK Drive CoolSiC 具有 1200 V 阻斷電壓的六組全橋模塊，針對電動汽車 (EV) 中的牽引逆變器進行了優化。該功率模塊建立在英飛凌的 CoolSiC 溝槽 MOSFET 技術之上，能夠在高性能應用中實現高功率密度，并保持高可靠性。這種創新的功率器件適用于汽車應用，特別適用于 EV 逆變器，尤其是具有 800-V 電池系統和更大電池容量的車輛。它提供更高的效率、更長的續航里程和更低的電池成本，還為傳統的基于硅的解決方案提供了輕松的功率升級。

電動車牽引逆變器

功率半導體是實現節能世界的關鍵。碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新技術可實現更高的功率效率、更小的外形尺寸和更輕的重量。特別是碳化硅是一種寬帶隙材料，能夠克服傳統硅基功率器件所提供的限制。它能夠承受更高的工作電壓、電流和開關頻率，加上高效率和出色的熱管理，使該半導體成為包括汽車在內的多種電源應用中硅的理想替代品。用于 EV 牽引逆變器的碳化硅已確認支持更長的行駛里程和更高效的駕駛循環性能。如圖 1 所示，它指的是四輪驅動配置，HybridPACK 電源模塊可以很容易地包含在電動汽車的設計中。后橋配備了 HybridPACK Drive CoolSiC MOSFET，這是一種新穎的解決方案，由于引入了碳化硅，因此能夠提供更長的續航里程，或者作為替代方案，能夠在相同的續航里程下減小電池尺寸，有助于降低系統成本。從圖 1 中可以看出，碳化硅并不是要完全取代硅，但是兩種技術可以在同一應用中共存。在示例配置中，HybridPACK Drive IGBT 安裝在前橋上，該解決方案非常適合“按需”全輪驅動系統。在正常行駛條件下，只有后橋有動力。每當檢測到車輪打滑時，牽引力控制裝置也在前橋上傳遞扭矩。在大多數車輛中，這種情況發生的概率大約為 5% 到 10%，因此基于硅的 IGBT 解決方案有助于降低成本。因此，我們可以在同一輛車的兩個車軸上同時使用 IGBT 和 SiC 技術，每種技術都有自己的特定性能。硅用于需要以最低成本獲得峰值性能的地方，而碳化硅則用于效率是真正驅動因素的地方。

“電動全球模塊化平臺 (E-GMP) 的 800 V 系統代表了縮短充電時間的下一代電動汽車的技術基礎，”現代汽車電氣化開發團隊負責人 Jin-Hwan Jung 博士說團體。“通過使用基于英飛凌 CoolSiC 功率模塊的牽引逆變器，我們能夠將車輛的行駛里程增加 5% 以上，因為與基于硅的解決方案相比，這種 SiC 解決方案的損耗更低，從而提高了效率。”

HybridPACKDrive 電源模塊系列旨在滿足汽車市場的大批量生產、高穩健性、高功率密度和低成本要求。

英飛凌創新和新興技術負責人 Mark Münzer 表示：“汽車電動汽車市場已經變得高度活躍，為創意和創新鋪平了道路。” “隨著 SiC 器件的價格顯著下降，SiC 解決方案的商業化將加速，從而產生采用 SiC 技術的更具成本效益的平臺，以提高電動汽車的續航里程。”

英飛凌碳化硅溝槽技術

HybridPACK Drive 于 2017 年首次推出，采用英飛凌的硅 EDT2 技術，經過專門優化，可在實際駕駛循環中提供最佳效率。該產品在 750 V 和 1200 V 等級內提供 100 kW 至 180 kW 的可擴展功率范圍，是英飛凌市場領先的功率模塊，為 20 多個電動汽車平臺出貨超過 100 萬件。由于這是一個質量標準，很明顯可以通過在其設計中集成碳化硅來增強已經很好的產品。所有這些客戶現在都有機會查看他們的汽車產品組合，看看他們用碳化硅升級他們的設計是否有意義。因為外形因素，即機械設計，保持不變，

新的 CoolSiC 版本基于英飛凌的碳化硅溝槽 MOSFET 結構，其性能優于傳統平面結構，可實現更高的單元密度并實現同類最佳的品質因數。因此，溝槽 MOSFET 可以在較低的柵極氧化物場強下運行，從而提高可靠性。

碳化硅 MOSFET 結構比較

英飛凌的溝槽 MOSFET 結構沒有充分發揮性能潛力，而是旨在提供更高的可靠性。

HybridPACK 電源模塊提供了一條從硅到碳化硅的簡單升級路徑，占用空間相同。這使得逆變器設計能夠在 1200 V 級別實現高達 250 kW 的更高功率、更大的行駛里程、更小的電池尺寸以及優化的系統尺寸和成本。為了為不同的功率級別提供最佳的性價比，該產品提供兩個不同芯片數量的版本，從而在 1200 V 等級中提供 400 A 或 200 A DC 額定版本。

英飛凌已經在為第二代碳化硅技術（SiC GEN2）做準備。今天的第一代 HybridPACK Drive SiC 功率模塊系列將得到擴展，不僅提供 1200 V，還提供 700 V 阻斷電壓能力。

第一代 CoolSiC 汽車 MOSFET 技術針對牽引逆變器進行了優化，重點是實現最低的傳導損耗，尤其是在部分負載條件下。結合碳化硅 MOSFET 的低開關損耗，這可以提高逆變器操作的效率，與硅 IGBT 相比。

除了優化性能，英飛凌非常重視可靠性。汽車 CoolSiC? MOSFET 的設計和測試旨在實現短路穩健性以及高度的宇宙射線和柵極氧化物穩健性，這是設計高效可靠的汽車牽引逆變器和其他高壓應用的關鍵。HybridPACK Drive CoolSiC 電源模塊完全符合汽車電源模塊的 AQG324 規范。

審核編輯 黃昊宇