搭载了SiC-MOSFET/SiC-SBD的全SiC功率模块介绍

ROHM在全球率先实现了搭载ROHM生产的SiC-MOSFET和SiC-SBD的“全SiC”功率模块量产。与以往的Si-IGBT功率模块相比，“全SiC”功率模块可高速开关并可大幅降低损耗。最新的模块中采用第3代SiC-MOSFET，损耗更低。

全SiC功率模块的结构

现在正在量产的全SiC功率模块有几种类型，有可仅以1个模块组成半桥电路的2in1型，也有可仅以1个模块组成升压电路的斩波型。有以SiC-MOSFET和SiC-SBD（肖特基势垒二极管）组成的类型，也有仅以SiC-MOSFET组成的类型。

与Si-IGBT功率模块相比，开关损耗大大降低

处理大电流的功率模块中，Si的IGBT与FRD（快速恢复二极管）相结合的IGBT功率模块应用广泛。IGBT模块存在IGBT的尾电流和FRD的恢复电流导致开关损耗大的课题，而SiC-MOSFET和SiC-SBD组成的“全SiC”模块则可显著降低开关损耗。

右图为SiC-MOSFET＋SiC-SBD组成的全SiC模块BSM300D12P2E001（1200V/300A）与IGBT＋FRD的模块在同一环境下实测的开关损耗结果比较。

Eon是开关导通时的损耗（含反向恢复损耗），Eoff是开关关断时的损耗，Err是体二极管的反向恢复损耗。

SiC-MOSFET没有类似IGBT关断时的尾电流，因此Eoff大幅减少。反向恢复电流也几乎没有，因此Err也大幅减少。Eon也降低30％左右，因此共可降低77%的开关损耗。

开关速度比IGBT更高

全SiC模块与IGBT模块相比，可实现更高速度的开关。下图为以5kHz和30kHz驱动PWM逆变器时的损耗仿真结果。从仿真结果可以看出，由于SiC模块可高速开关，因此在30kHz的条件下可减少60%的开关损耗。或者可以说，无需增加损耗即可将频率提高6倍。

更低开关损耗和更高速开关的优点

开关损耗降低可提高效率，并减少发热量。这可使冷却器进一步简化。例如，可实现散热器的小型化、以自然空冷代替水冷和强制空冷。这些都有利于系统整体的小型化和降低成本。

高速开关使工作频率可以更高，有利于电感器和电容器等外围元器件的小型化。这与正常的开关电源电路相同。另外，SiC-SBD不产生短脉冲反向恢复现象，因此PWM控制无需担心短脉冲时的异常浪涌电压。

不仅有助于提高逆变器和电源的效率，还可实现小型化，这是全SiC功率模块的巨大优势。

由ROHM生产的SiC-MOSFET和SiC-SBD组成的“全SiC”功率模块

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审核编辑 黄宇