EAB450M12XM3簡介：Wolfspeed首款車規(guī)級碳化硅功率模塊

如今，許多市場都受益于碳化硅（SiC）技術(shù)所帶來的優(yōu)勢，尤其是汽車行業(yè)。相對于傳統(tǒng)硅（Si）組件，SiC 的性能更高，使系統(tǒng)的開關(guān)速度、工作溫度、功率密度、整體效率更高，同時功耗更低。Wolfspeed SiC 器件產(chǎn)品組合涵蓋廣泛的功率水平和應(yīng)用場景，從用于低功率的分立器件產(chǎn)品，到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸以及優(yōu)化尺寸的高功率模塊產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了功率連續(xù)性。EAB450M12XM3 是此大功率模塊器件產(chǎn)品系列的最新成員。

Wolfspeed 功率模塊產(chǎn)品線包括 WolfPACK 模塊，這些模塊提供符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的無基板式封裝，工作電壓和電流分別高達(dá) 1.2 kV 和 200 A。更高功率的模塊采用優(yōu)化程度更高的封裝，適用于要求苛刻的應(yīng)用場景。該組合中的所有模塊都旨在實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)，即，最大限度地提高功率密度、簡化布局/組裝、實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的系統(tǒng)和平臺、最大限度降低人工和系統(tǒng)組件成本，同時提供最高級別的可靠性。

圖2：Wolfspeed功率模塊產(chǎn)品組合

XM3 系列

XM3 半橋模塊充分利用 SiC 的優(yōu)勢，同時保持簡單、可擴(kuò)展特性且具有成本效益的尺寸，其重量和體積僅為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 62 毫米對等產(chǎn)品的一半。這些 XM3 模塊可最大限度提高功率密度，同時盡可能降低回路電感和開關(guān)損耗。此外，它們還配備低電感母線互連、集成式溫度傳感器、配置電壓采樣引腳，以及具有增強(qiáng)功率循環(huán)能力的高可靠性功率基板。此封裝可實(shí)現(xiàn) 175 ?C 最高結(jié)溫，高可靠性氮化硅（SiN4）基板確保了在極端條件下的機(jī)械強(qiáng)度。封裝為易模組化和可擴(kuò)展性而設(shè)計(jì)，寄生電感低至6.5 nH（與類似模塊相比，最多可將電感減少 50%）。因此，XM3 非常適合用于各種苛刻的惡劣條件，如牽引驅(qū)動器、直流快速充電機(jī)和汽車測試設(shè)備等汽車應(yīng)用場景。與 SemiTrans 3 或 EconoDual 等類似功率模塊相比，內(nèi)置領(lǐng)先SiC技術(shù)的XM3封裝可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加緊湊，而且兩種功率模塊具有相似的額定電壓和電流（在 1,200 V 時高達(dá) 450 A）。

EAB450M12XM3

表 1 列出了 EAB450M12XM3 模塊的最大參數(shù)（摘自數(shù)據(jù)表）。

表 1：EAB450M12XM3 最大參數(shù)

亮點(diǎn)包括1200 VDS max 450 A連續(xù)漏極電流和175 ?C虛擬結(jié)溫（在開關(guān)期間），這些特性都已經(jīng)過設(shè)計(jì)驗(yàn)證。下面的表2中列出了MOSFET特性（每個橋臂）的摘要。

表 2：EAB450M12XM3 MOSFET 特性

上表中值得注意的參數(shù)包括 25 ?C 條件下的極低 RDS(on)值 2.6 mΩ 和低結(jié)殼熱阻值 0.110 ?C/W。

MOSFET 的體二極管的正向電壓值為 4.7 V，恢復(fù)時間值為 52 ns。這一快速恢復(fù)時間和低恢復(fù)損耗特性大幅提高了 MOSFET 在開關(guān)期間的性能。

內(nèi)置 NTC 溫度傳感器的額定電阻為 4.7 kΩ，容差為 ±1% (ΔR/R)，能夠提供高精度的溫度保護(hù)功能。熱監(jiān)控功能對于實(shí)現(xiàn)高可靠性至關(guān)重要，因此，通過這種實(shí)時反饋功能，可以幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化控制技術(shù)。

此外，專用開爾文漏極引腳可實(shí)現(xiàn)用于柵極驅(qū)動器過流保護(hù)的直接電壓采樣，在高速開關(guān)時，這大幅減少了由雜散電感造成的額外電壓引起的誤差。

原理、引腳和性能圖

輸出特性展示了在較高結(jié)溫條件下運(yùn)行時 VDS和 RDS(on)的增加情況，并顯示了 Wolfspeed 第三代 SiC MOSFET 技術(shù)提供的低 RDS(on)溫度系數(shù)。圖 8顯示了瞬態(tài)熱阻和正向偏置安全工作區(qū)。如應(yīng)用說明 CPWR-AN29 中所示，必須通過適當(dāng)?shù)陌惭b和散熱來管理該模塊的溫度。CRD300DA12E-XM3參考設(shè)計(jì)包括3個EAB450M12XM3模塊，CRD600DA12E-XM3包括6個EAB450M12XM3模塊，這些參考設(shè)計(jì)展示了一個完整的優(yōu)化組合，其中包括模塊、散熱裝置、母線、柵極驅(qū)動器、電壓/電流傳感器和控制器?？梢栽谀K的數(shù)據(jù)表中查看更多性能和時序圖。

參考設(shè)計(jì)和支持工具

功率密度為 32 kW/L [CRD300DA12E-XM3]的 CRD300DA12E-XM3 300 kW 高性能三相逆變器十分有用，可幫助您開始實(shí)施適用于各種應(yīng)用場景的三相配置。它具有 XM3 系列模塊的諸多優(yōu)點(diǎn)，包括緊湊尺寸/輕量、更高功率密度、高效率、超低損耗和低散熱設(shè)計(jì)要求，所有這些特性都降低了系統(tǒng)級成本。該設(shè)計(jì)的直流母線電壓為 800 V（最大 900 V），電流為 360 A。此外，還包括一個 Wieland MicroCool CP3012-XP 冷板，用于熱管理（并降低結(jié)熱阻），該冷板專門針對 SiC 的高熱通量進(jìn)行了優(yōu)化。

KIT-CRD-CIL12N-XM3是一個評估平臺，使設(shè)計(jì)人員能夠在發(fā)生電感負(fù)載開關(guān)事件時準(zhǔn)確測量 Wolfspeed XM3 功率模塊的電壓和電流波形。這使得可以在精確的測試條件下計(jì)算開關(guān)損耗能量，以動態(tài)地評估模塊，并便于進(jìn)行模塊內(nèi)比較操作。它對應(yīng)的柵極驅(qū)動器是直接安裝的雙通道隔離柵極驅(qū)動器，已專門針對 XM3 功率模塊進(jìn)行了優(yōu)化。

此外，SpeedFit 2.0 設(shè)計(jì)模擬器有助于加速設(shè)計(jì)過程，其模擬結(jié)果基于計(jì)算的損耗、估計(jì)的結(jié)溫和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，適用于從簡單降壓/升壓轉(zhuǎn)換器到完全雙向圖騰柱 PFC 設(shè)計(jì)的各種常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這有助于驗(yàn)證滿足應(yīng)用場景的模塊和器件，同時為不同的器件和配置提供真正的比較性能。

總結(jié)

概括而言，符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的 EAB450M12XM3 半橋全 SiC 模塊中包括具有優(yōu)化的散熱設(shè)計(jì)的高功率密度封裝，可滿足各種應(yīng)用場景（如電機(jī)和牽引驅(qū)動器、車輛快速充電機(jī)和汽車測試設(shè)備）的要求。設(shè)計(jì)人員能在一個易于使用的封裝中實(shí)現(xiàn) SiC 的各種優(yōu)勢（高開關(guān)頻率、低損耗、更高功率和額定溫度以及更佳效率和可靠性）。該封裝提供的端子設(shè)計(jì)，可以直接連接母排，而無需折彎或套管，實(shí)現(xiàn)了簡單的低電感設(shè)計(jì)。其它與 EAB450M12XM3 相配合的車規(guī)級元器件可以通過新設(shè)立的 Power Applications Forum 查詢。

審核編輯：郭婷