Концепция мощного SiC-модуля со сверхнизкой коммутационной индуктивностью
Развитие технологии карбида кремния потребовало кардинального изменения подхода к проектированию корпусов силовых модулей. В мощных источниках питания, преобразователях для солнечной энергетики, медицинской техники и индукционного нагрева востребованы сильноточные быстрые ключи с номинальным током свыше 400 А. Сегодня на рынке предлагаются кристаллы SiC-диодов и SiC MOSFET, имеющие Inom до 50 А, поэтому для повышения нагрузочной способности силовой модуль должен содержать большое количество параллельных чипов.
При разработке конструкции перспективных карбидокремниевых ключей необходимо решить две основные задачи. Для обеспечения высокой скорости переключения SiC-приборов следует снизить паразитную индуктивность силовых терминалов до уровня не более 5 нГн. Кроме того, параллельное включение сверхбыстрых кристаллов предполагает высокую симметрию силовых и сигнальных цепей внутри силового модуля [1].
Использование гибких SKiN-пленок для соединения чипов и терминалов открывает новые возможности проектирования силовых ключей и обеспечивает значительное снижение коммутационных индуктивностей [2]. Еще одной проблемой является разработка терминалов для подключения DC-шины. Отраслевые стандарты требуют соблюдения определенных зазоров и путей тока утечки, что приводит к образованию паразитной индуктивности более 10 нГн только в зоне подключения звена постоянного тока силовых модулей.
Новый SiC MOSFET-модуль создан на основе SKiN-технологии, применение которой позволяет преодолеть основные ограничения традиционных технологий силовой электроники. Двухслойная гибкая пленка, которая спекается с контактными поверхностями кристаллов, используется и для их соединения с силовым интерфейсом. Такой принцип корпусирования обеспечивает ультранизкую индуктивность токового пути, соединяющего звено постоянного тока и силовые кристаллы. При этом дополнительные снабберные конденсаторы не требуются. Как будет показано далее, паразитная индуктивность полумостового SKiN-модуля с восемью параллельными 50-А кристаллами SiC MOSFET не превышает 1,4 нГн.