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利用大面积的兆瓦级电源开关模块路线图 碳化硅MOSFET和JBS二极管 ... ... ... ...

2022-6-9 10:12| 发布者: 闪电| 查看: 70| 评论: 0

摘要: 摘要——近年来大面积碳化硅(SiC)MOSFET及其配套的JBS二极管技术使设计和制作大功率SiC开关模块。正在进行的努力由美国空军研究实验室1.2kV/100A SiC双开关电源模块的研制能够在200°C的接合温度下运行。两个为实 ...


生产了两种不同的模块。版本A,如图2所示,使用五个4.7mm x 4.7mm SiC MOSFET芯片和三个4mm x 8.2mm SiC JBS二极管模具并联每个开关达到100安培额定电流。每个SiCMOSFET的额定电流为25A,SiCJBS二极管的额定电流为50A。版本B模块如图3所示,使用两个7mm x 8mm SiC MOSFET管芯和两个5.62mm x 5.62mm SiC JBS二极管管芯每个开关并联,以实现100安培电流评级每个SiC MOSFET的额定电流为80A,每个SiC JBS二极管的额定电流为50A。

图2:。A型1.2kV/100A SiC模块内部视图,显示五个每个开关25A SiC MOSFET和三个50A SiC JBS二极管。


两个版本的模块共用一个底板,终端和外壳设计。一个重要的考虑因素任何机载应用都是重量。减轻…的重量石墨纤维增强铜合金功率模块使用金属基体基板代替标准铜这使得基板,从铜版的144克下降到金属矩阵版本为98克。基础的影响换板后,模块总重量减少了14%。


图3:。B版1.2kV/100A SiC模块内部视图,显示两个每个开关80A SiC MOSFET和两个50A SiC JBS二极管。


为了提高热性能,两种模块设计使用直接结合的铜(DBC)氮化铝作为基底材料。具有热稳定性的氮化铝210 W/m-K的电导率比常用氧化铝基板的20 W/m-K有显著改善布料使用两个MOSFET和每个开关的JBS二极管具有简化的芯片和导线连接布局可降低封装寄生电阻,降低寄生电感,与版本A设计。

SiC的导热系数远高于对于硅,SiC为3.7 W/cm K,而SiC为1.3 W/cm K硅这表明SiC应具有热模块中的阻抗优势。热阻抗还取决于总芯片面积和总SiC芯片由于SiC,面积通常小于硅片面积具有较低的比导通电阻。对于SiC版本B模块热阻抗为0.12°C/W,即硅IGBT的温度比0.19°C/W降低37%模块CM100DY-24NF。

模块交换机的总功耗为通过除以最高设备连接温度和模块外壳温度由热阻抗决定。假设情况如此温度保持在25°C,总功耗为硅IGBT模块中的一个开关为658W。由于SiC-MOSFET结温的提高模块温度降至200°C,热阻抗降低SiC中一个开关的总功耗模块为1458W。总功率增加了220%耗散是性能的一个有力例子SiC MOSFET模块的优点。



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