适用于牵引应用和模块化变换器设计的全碳化硅MOSFET

随着全球多元化的发展，我们的生活也在不断变化，包括我们接触过的各种电子产品。然后，您一定不知道这些产品的某些组件，例如现在的碳化硅mosFET器件。碳化硅功率器件近年来越来越广泛应用于工业领域，受到大家的喜爱，不断地推陈出新，大量的更高电压等级、更大电流等级的产品相继推出，市场反应碳化硅元器件的效果非常好，但似乎对于碳化硅元器件的普及还有很长的路要走。

三菱电机开发了一种新型全碳化硅mosFET器件，它的额定电流为3.3 kV / 750A。它使用最新的LV100封装，特别适合于牵引应用和模块化转换器设计。下面，本文将重点介绍这种全碳化硅器件，并详细说明其在牵引应用中的优势。基于碳化硅材料的功率器件被认为是现代功率电子技术的一项重大创新。与传统的硅基器件相比，碳化硅器件的设计可以实现更高效，更紧凑的转换器，从而降低能耗并使用高成本的材料。

在过去的20年中，三菱电机开发并商业化了具有不同电压等级的碳化硅功率器件，这些器件已用于各种应用中。目前，由于在机车牵引和其他应用中碳化硅器件的现场应用方面的多年经验，三菱电机已开发出新的新型全碳化硅2单元MOSFET模块FMF750DC-66A，额定电压为3.3。电流为750 A，特别适合于高性能牵引变流器和柔性变流器的设计。

由于具有快速的开关瞬态特性，所有碳化硅器件都需要具有低杂散电感的合适封装。 FMF750DC-66A的电压和功率水平使用最先进的封装技术：LV100封装。封装的内部杂散电感小于10 nH，并且具有简单并联的特性。此外，封装的内部设计可确保模块内部芯片之间的最佳电流分配。

与Si器件相比，SiC(碳化硅)具有三个优点：更高的击穿电压强度;较低的损失;更高的热导率。这些特性意味着SiC器件可用于高压，高开关频率和高功率密度应用。随着SiC模块的功率制造水平的提高，SiC将变得越来越适合用于电动车辆驱动器的半导体器件。 SiC器件的使用是实现电动汽车驱动器高功率密度的有效手段。目前，将SiC功率模块应用于电机驱动逆变器的研究越来越多。丰田汽车公司已将SiC功率模块应用于混合动力汽车。

由于SiC器件具有低损耗特性，因此与Si器件相比，SiC器件仅需要较小的芯片面积即可实现相同的输出功率。同时，SiC器件可以在高频下工作，这有助于减小功率器件周围的无源器件的体积。在相同的功率水平下，联合电子公司开发的SiC逆变器的体积是批量生产的Si逆变器的一半以上。

所有碳化硅器件的另一个重要优点是降低了开关损耗，这也得益于单极器件的特性。这种类型的设备没有反向恢复和尾电流，因此与基于硅的双极型设备相比，它大大降低了开关损耗并允许更高的开关频率。设备开启，关闭和反向恢复期间的总功耗。与硅基IGBT相比，所有碳化硅MOSFET模块的开关损耗降低了80%至90%。

SiC-MOSFET是碳化硅功率电子器件研究中最关注的器件。如今，当Si材料接近理论性能极限时，SiC功率器件因其高耐压，低损耗和高效率而一直被视为“理想器件”。但是，与以前的硅材料器件相比，SiC功率器件的性能和成本之间的平衡以及对高科技的需求将成为SiC功率器件真正普及的关键。

较高的开关频率允许转换器制造商在电网滤波器设计中使用较高的谐振频率，因此将减少LCL滤波器所需的电感和电容，从而减小尺寸，成本和损耗，并实现转换器的更多动态控制。另外，对于机器侧逆变器或DC-DC转换器，较高的开关频率允许设计更紧凑的高速驱动器和中频转换器。

在研究和设计过程中，可能会存在这样或那样的问题，这要求我们的科研工作者不断总结设计过程中的经验，以促进持续的产品创新。