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由ROHM自製SiC-MOSFET和SiC-SBD組成的“全SiC”功率模組

開關損耗更低,頻率更高,應用裝置體積更小

Keyword
  • 全SiC功率模組
  • SiC-MOSFET
  • SiC-SBD
  • IGBT功率模組
  • 開關損耗
  • 高速開關
  • 小型化

ROHM在全球率先實現了搭載ROHM生產的SiC-MOSFET和SiC-SBD的“全SiC”功率模組量產。與傳統的Si-IGBT功率模組相比,“全SiC”功率模組可高速開關並可大幅降低損耗。最新的模組中採用第3代SiC-MOSFET,損耗更低。

全SiC功率模組的結構

現在正在量產的全SiC功率模組有幾種類型,有可僅以1個模組組成半橋電路的2in1型,也有可僅以1個模組組成升壓電路的斬波型。有以SiC-MOSFETSiC-SBD(蕭特基二極體)組成的類型,也有僅以SiC-MOSFET組成的類型。

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與Si-IGBT功率模組相比,開關損耗大大降低

處理大電流的功率模組中,Si的IGBT與FRD(快速恢復二極體)相結合的IGBT功率模組應用廣泛。IGBT模組存在IGBT的尾電流和FRD的恢復電流導致開關損耗大的課題,而SiC-MOSFET和SiC-SBD組成的“全SiC”模組則可顯著降低開關損耗。

右圖為SiC-MOSFET+SiC-SBD組成的全SiC模組BSM300D12P2E001(1200V/300A)與IGBT+FRD的模組在同一環境下實測的開關損耗結果比較。

Eon是開關導通時的損耗(含反向恢復損耗),Eoff是開關關斷時的損耗,Err是體二極體的反向恢復損耗。

SiC-MOSFET沒有類似IGBT關斷時的尾電流,因此Eoff大幅減少。反向恢復電流也幾乎沒有,因此Err也大幅減少。Eon也降低30%左右,因此共可降低77%的開關損耗。

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開關速度比IGBT更高

全SiC模組與IGBT模組相比,可實現更高速度的開關。下圖為以5kHz和30kHz驅動PWM變流器時的損耗類比結果。從類比結果可以看出,由於SiC模組可高速開關,因此在30kHz的條件下可減少60%的開關損耗。或者可以說,無需增加損耗即可將頻率提高6倍。

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更低開關損耗和更高速開關的優點

開關損耗降低可提高效率,並減少發熱量。這可使冷卻器進一步簡化。例如,可實現散熱器的小型化、以自然空冷代替水冷和強制空冷。這些都有利於系統整體的小型化和降低成本。

高速開關使工作頻率可以更高,有利於電感和電容等週邊元件的小型化。這與正常的開關電源電路相同。另外,SiC-SBD不產生短脈衝反向恢復現象,因此PWM控制無需擔心短脈衝時的異常突波電壓。

不僅有助於提高變流器和電源的效率,還可實現小型化,這是全SiC功率模組的巨大優勢。

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