Wolfspeed模塊產(chǎn)品組合如何服務于整個功率范圍

相對于傳統(tǒng)硅（Si）元器件，碳化硅（SiC）技術(shù)的性能得到全面提升，包括：更低功率損耗、更快開關(guān)速度、更高工作溫度、更高功率密度、更高整體效率。

Wolfspeed 升級后的功率模塊產(chǎn)品組合可通過行業(yè)標準封裝實現(xiàn)以下優(yōu)勢：配置可服務于多種應用，同時通過行業(yè)標準封裝和高功率模塊中的封裝優(yōu)化，在與低功率、基于分立方案的應用之間架起了橋梁，涵蓋整個功率范圍。

本文旨在展示設(shè)計人員如何在降低成本的同時提高系統(tǒng)效率，更重要的是，如何大幅提高系統(tǒng)的整體可靠性。

Wolfspeed 產(chǎn)品線簡要概述

Wolfspeed 產(chǎn)品組合涵蓋大量需要低至高功率解決方案的許多行業(yè)和應用，包括電動汽車（EV）、工業(yè)電源、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、太陽能和可再生能源、測試設(shè)備、不間斷電源（UPS）和其它高功率系統(tǒng)。其中包括 1200 V 和 1700 V 的 基于SiC 的不同封裝模塊，具有多種 MOSFET 拓撲結(jié)構(gòu)，提供肖特基和 MOSFET 體二極管反并聯(lián)選項，可提前進行仿真以加快上市時間。圖 1 所示為該產(chǎn)品線以及部分功率范圍和應用。

您會發(fā)現(xiàn)，Wolfspeed WolfPACK? 系列功率模塊采用彈簧承載的無基板設(shè)計（包含壓接式引腳），適用于中等功率應用，而 BM-、XM- 和 HM- 基板模塊可在更高的電流范圍內(nèi)運行。無論如何應用，所有模塊都旨在實現(xiàn)相同的目標，即：最大限度地提高功率密度、簡化布局/組裝、實現(xiàn)可擴展的系統(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。

Wolfspeed WolfPACK? SiC 功率模塊

全新的 Wolfspeed WolfPACK? 系列產(chǎn)品（FM3/GM3）可在無基板、壓接式互連外殼中提供動力。該產(chǎn)品系列提供兩種最常見的 MOSFET 配置（目前為六管集成和半橋），使眾多功率級能夠受益于 SiC 的優(yōu)勢。這些模塊還提供功率密度較高、重量較輕的系統(tǒng)組件?？傮w而言，Wolfspeed WolfPACK? 模塊有助于縮小整體尺寸，減少復雜性，同時降低系統(tǒng)和維護成本。Wolfspeed WolfPACK? 模塊為設(shè)計者提供可靠的中等功率范圍解決方案，可實現(xiàn)適當擴展，在必要時進行無縫式系統(tǒng)升級。

Wolfspeed WolfPACK? 外殼使用金屬安裝片作為彈力接口，配備散熱片，用于優(yōu)化熱管理性能，在熱結(jié)處提供均勻壓力。仔細觀察，其陶瓷直接敷銅基板可增強散熱片電氣隔離，并且實現(xiàn)較低熱阻，從而以更高載流量實現(xiàn)更好的熱性能。Wolfspeed WolfPACK? 還配備了壓接引腳，由于在插入有鍍層的 PCB 時受到緊密壓縮，因此可提供高可靠性和出色的電氣和機械特性。通過與內(nèi)部 MOSFET 排列相對應的引腳陣列，設(shè)計者可通過行業(yè)標準封裝尺寸實現(xiàn)簡單的單向安裝。如果應用需要多個模塊，內(nèi)部 PCB 安裝方法還提供將多個模塊連接在一起的選項，以滿足高功率需求。

Wolfspeed 的 BM 行業(yè)標準 62 mm 尺寸

Wolfspeed 的行業(yè)標準 62 mm SiC 模塊可實現(xiàn)業(yè)界最為豐富的高功率解決方案組合，專為滿足多種要求而設(shè)計，支持前所未有的系統(tǒng)功率和效率。設(shè)計者目前可將 62 mm IGBT 替換為采用 SiC 技術(shù)的 Wolfspeed 62 mm BM 模塊，幫助降低冷卻要求、系統(tǒng)成本、功率損耗和系統(tǒng)電感，同時優(yōu)化電壓利用率。

BM 62 mm 系列模塊采用 1.2 kV 和 1.7 kV 半橋拓撲結(jié)構(gòu)，可提供高達530 A的電流。這些模塊的材料可針對不同的運行條件進行選擇，例如，Wolfspeed 提供 符合THB-80 標準的外殼材料選項，提高惡劣環(huán)境下應用的穩(wěn)健性。

BM 系列模塊采用螺絲端子，利用疊層母線或 PCB 和銅基板實現(xiàn)高功率系統(tǒng)的安全連接，最大限度地提高導熱性和機械強度。此外，螺絲端子還具有 5 kV 隔離的爬電距離和電氣間隙，可支持 1.7 kV 有源器件。所有器件均采用行業(yè)標準的 62 mm 封裝，可輕松實現(xiàn) 200 kW+ 的系統(tǒng)升級和直接替換。

這些模塊所支持的部分應用包括非車載充電和電動汽車快速充電系統(tǒng)、鐵路和牽引應用、工業(yè)測試設(shè)備和工業(yè)電機驅(qū)動器。Wolfspeed 的 BM 系列產(chǎn)品使用簡便，可通過碳化硅技術(shù)升級，擁有許多優(yōu)勢，包括提高功率效率、功率密度、開關(guān)頻率以及整體改善穩(wěn)健性和可靠性。

Wolfspeed 的 XM3 和 HM3 平臺

Wolfspeed WolfPACK 和 BM 系列產(chǎn)品提供行業(yè)標準封裝，而 XM3 和 HM3 模塊則包含在更豐富的 Wolfspeed 產(chǎn)品組合中，幫助設(shè)計者充分利用外殼定制帶來的優(yōu)勢。

XM3 半橋模塊的封裝比 62 mm 行業(yè)標準尺寸小 50%，重量也輕 50%。其它特點還包括：導通和開關(guān)損耗優(yōu)化、低電感母線互連、集成溫度檢測、內(nèi)置電壓檢測，以及具有增強功率循環(huán)能力的高可靠性電源基板。外殼采用模塊化、可擴展和可重新配置，電感低至 6.5 nH。

與類似的功率模塊（例如具有相似額定電壓和電流（1200 V 時高達 450 A）的 SemiTrans 3 或 EconoDual）相比，XM3 模塊為設(shè)計者提供的選項不僅尺寸小 50%，而且還減少 50% 的寄生電感，還能降低整體開關(guān)損耗。此外，相比傳統(tǒng)的 Si 逆變器，基于 XM3 的逆變器（例如 300 kW (CRD300DA12E-XM3) 和 600 kW (CRD600DA12E-XM3) 器件）在重量（減少多達 50%）和體積功率密度（高達20 倍）方面均有顯著改進。

HM3 系列產(chǎn)品可提供 Wolfspeed 目前功率密度最高的功率模塊。HM3 采用輕質(zhì)碳化硅鋁（AlSiC）基板、支持高電流（< 800 A）和高頻低電感的緊湊型尺寸，可提供經(jīng) SiC 技術(shù)優(yōu)化的尺寸實現(xiàn)前所未有的功率密度。該器件擁有兩種電壓選項，包括 481 A（帶肖特基二極管）和 765 A 的 1200 V 半橋，以及 380 A（帶肖特基二極管）和 650 A 的 1700 V 半橋。

HM3 模塊的外殼（包含與碳化硅鋁基板和氮化硅基板兼容的62 mm螺栓，以實現(xiàn)強大的熱機械性能，并采用 4.9 nH 電感的端子設(shè)計，適用于高功率疊層母線連接。接口引腳的爬電距離和電氣間隙可支持 1.7 kV 器件。在內(nèi)部，該器件具有柵極和開爾文電阻網(wǎng)絡，每個開關(guān)位置可并聯(lián) 12 個器件。此外，該模塊還配備柵極驅(qū)動器參考設(shè)計 CGD1700HB3P-HM3，用于快速啟動，實現(xiàn)基本保護和檢測。為進一步降低模塊的工作溫度，可采用液冷冷板散熱片，例如 Wieland Microcool 的 CP3009-XP。

其他優(yōu)勢和資源可為設(shè)計者提供信心，加快產(chǎn)品上市時間

Wolfspeed 功率模塊經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，能夠提供同類最佳 SiC 性能的封裝，滿足每位客戶的特殊系統(tǒng)要求。此外，我們提供兩類不同產(chǎn)品，服務客戶群體的不同價值主張：包括行業(yè)標準封裝和優(yōu)化封裝。

行業(yè)標準尺寸是經(jīng)過精心設(shè)計的尺寸/封裝，已針對 SiC 進行內(nèi)部優(yōu)化，為采用 Si 基或 SiC 基器件平臺的客戶提供封裝層面直接替代產(chǎn)品。另一方面，Wolfspeed 開發(fā)的優(yōu)化的封裝，幫助采用 SiC 技術(shù)設(shè)計的模塊提供增強功能。

Wolfspeed 已發(fā)布適用于每個封裝平臺的評估柵極驅(qū)動板，幫助設(shè)計者提高實驗室效率。此外，Wolfspeed 還提供其他評估套件和參考設(shè)計（如逆變器、電源轉(zhuǎn)換器、充電機等），以加快產(chǎn)品上市時間。

參考設(shè)計均帶有應用手冊、用戶指南、設(shè)計文件，讓設(shè)計者可以打造出具有出色功率密度、性能和效率的穩(wěn)固可靠系統(tǒng)。對此，值得注意的是：Wolfspeed 已與經(jīng)過專門測試并集成至評估和參考設(shè)計中的品牌合作，為設(shè)計者提供完整的圖片和記錄數(shù)據(jù)，用于所有開發(fā)階段的參考。

最后，Wolfspeed SpeedFit 2.0 設(shè)計仿真軟件通過幫助選擇合適的 Wolfspeed 產(chǎn)品，進一步改進了碳化硅設(shè)計流程。它可用于運行仿真，輕松預測并最大限度減少導通和開關(guān)損耗，快速比較不同的器件和熱配置，并生成電路框圖和總結(jié)報告，以幫助您將整個項目整合在一起。

涵蓋所有需求的產(chǎn)品組合

近年來，Wolfspeed 的模塊產(chǎn)品組合已實現(xiàn)一系列重大升級。如今，它已涵蓋整個功率范圍，從低功率到高功率，應有盡有。由于所有此類模塊均采用 Wolfspeed 行業(yè)領(lǐng)先的 SiC 技術(shù)，因此，設(shè)計者既能升級現(xiàn)有模塊，享受 SiC 解決方案的優(yōu)勢，也可以啟動新設(shè)計，使用更小、更輕、功能更強的子系統(tǒng)組件。

事實上，如今的系統(tǒng)設(shè)計者能夠充分利用這一產(chǎn)品組合的主要優(yōu)勢，不僅擁有橫跨整體功率范圍的選項，還能獲取 Wolfspeed 的參考設(shè)計、配套硬件以及仿真和 CAD 程序。

審核編輯：郭婷