罗姆与APEI联合开发出高速、大电流的SiC沟槽MOS模块

2011-11-16

日本知名半导体制造商罗姆株式会社(总部:日本京都市)日前面向EV、HEV车(电动汽车、混合动力车)及工业设备,与拥有电力系统和电源封装技术的Arkansas Power Electronics International(APEI)公司联合开发出搭载了SiC沟槽MOS的高速、大电流模块"APEI HT2000"。该模块一改传统的Si模块的设计,由于最大限度地利用了SiC器件的特点,从而大幅改善了电气特性、机械特性,同时实现了超小型化、轻量化、高效化,在SiC模块的普及上迈出了巨大的一步。该模块共搭载了16个罗姆开发的SiC沟槽MOS,经验证可在600V/1000A条件下工作,而且实现了Si-IGBT不可能实现的数十纳秒的超高开关速度。不仅如此,这种模块的使用范围高达1200V级。另外,在250ºC的高温下亦可工作。基于这些特点,不仅传统的Si-IGBT模块,现在正被广泛开发的SiC模块中,也成功开发出了电气性能和机械性能都很卓越的模块。该模块预计于2012年开始面向特殊用途提供样品,3~4年后达到实际应用阶段。

近年来,在迅速发展的混合动力车(HEV)、电动汽车(EV)等所代表的电力电子领域,要求提供更高功率化、更高效化、更高温度条件下工作的元器件,而使用传统的Si材料是无法解决这些课题的,但通过使用材料性能卓越的SiC,可以满足这些要求。因此,电力电子市场的需求也从Si模块转向高效SiC模块。
之前罗姆开发的超低电阻(约2mΩ・cm2)SiC沟槽MOSFET可通过单片承受100A级的电流。而此次,罗姆进一步成功的降低了MOSFET的门极电容,开关速度与现有的SiC-DMOS相比可提高50%,与罗姆以往的SiC沟槽MOS相比也提高了30%。但是,传统的模块,为了元器件的散热,确保元器件的工作温度,需要加大模块面积,因此往往导致模块的寄生电感增大。因此,即使搭载SiC沟槽MOS,由于模块本身的限制也无法有效发挥其特点。而此次APEI开发出了通过将模块的面积小型化、进一步优化布局、大幅降低了寄生电感的模块。另外,这种模块上搭载沟槽MOS可承受1000A级水平的大电流,与传统的Si-IGBT模块相比,可以减少一半导通电阻。此外,实现了开关时间仅需数十纳秒的超高速工作,与Si-IGBT相比成功将开关损耗降低到了1/3。不仅如此,由于所使用的材料变更为高性能材料,因此模块的面积减少到30%,并同时实现了Si-IGBT不可能实现的高温(250ºC)驱动。而且,根据端子的连接方法,可按半桥、全桥、串联进行选用。另外,还能搭载罗姆开发的所有的SiC器件,可进行满足客户规格要求的设计。
传统的SiC模块,仅需将Si模块所使用的Si器件更换为SiC器件即可实现高效化和高温化,但使用Si器件的模块设计中,无法最大限度的发挥材料性能卓越的SiC的特点。此次,通过大幅变更设计,优化使用SiC器件的模块,成功开发出了可以最大限度发挥SiC特点的模块。


■主要特点

  1. 超轻量
  2. 超小型
  3. 大功率(1000A级)
  4. 高速开关
  5. 高温驱动


■主要规格

尺寸 7.5cm×8.13cm×1.23cm
重量 135g
额定电压 600V
额定电流 1000A
搭载器件 SiC沟槽MOSFET
导通电阻 1.5mΩ
开关时间 导通35ns/关断42ns
开关损耗 导通1.5mJ/关断 8mJ


■模块的导通特性

模块的导通特性




■模块的电路结构

模块的电路结构




■SiC沟槽MOS模块"APEI HT2000"

SiC沟槽MOS模块APEI HT2000




■SiCArkansas Power Electronics Internationalの概要

公司名 Arkansas Power Electronics International
地址 535 W. Research Center Blvd. Fayetteville, AR 72701 U.S.A
法人代表 President & CEO, Alexander B. Lostetter
员工人数 36人
生产产品 功率模块、门极驱动器等

术语解说

  1. 寄生电感
    模块内的线材及布线所携带的电感。



 

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