三菱电机最近发布了一款新型400A、1200V双碳化硅（SiC）电源模块，集成了抗并联SiC SBD，适用于医疗电源和一般工业应用；

为了满足高效率和高功率密度的挑战性要求，电力电子应用正日益向宽带隙半导体等先进材料发展。这些材料（包括碳化硅）比硅基 MOSFET 和 IGBT 等现有半导体技术具有卓越的性能。

SiC 功率器件可确保更低的损耗、更高的开关频率、更高的工作温度和更高的击穿电压。与传统硅相比，SiC功率器件可以在更高的电压、频率和温度下工作，从而实现更低的开关和传导损耗。SiC具有比硅更好的导电和开关性能×SiC MOSFET的芯片面积几乎是IGBT的一半。

SiC功率器件的主要特性可以归纳如下：

• 高击穿电压
• 低导通电阻，也称为 R断续器（on）
• 高开关频率
• 低开关和换向损耗
• 由于结温高于硅，因此具有出色的热管理性能

SiC的临界击穿强度比硅高约10×此外，其漂移层（电阻的主要原因）是厚度的十分之一（见图1）。这样可以大大降低电阻，进而降低功率损耗。

图1

图 1：SiC 可降低开关和传导损耗。

三菱 FMF400DY-24B 电源模块

三菱电机最近发布了一款新的 400-A、1，200V 双 SiC 电源模块，其中包括一个抗并联、低 Vf，零恢复损耗SiC肖特基势垒二极管。该模块采用当前的行业标准封装（62 × 108 mm），适用于医疗电源和一般工业应用。

“我们的新型碳化硅双模块专注于医疗电源类型的应用，并与我们的一些行业合作伙伴共同开发，”三菱电机美国功率器件集团高级产品经理Adam Falcsik说。“从历史上看，他们一直使用高速硅IGBT器件，但现在正寻求通过转向碳化硅来扩展和改进他们的产品。

该器件采用三菱电机的第二代 SiC MOSFET，电压范围为 1，200 V 至 3.3 kV，电流为数百安培。

“从我们的第一代到第二代商用SiC，我们看到损失进一步减少，”Falcsik说。“此外，我们还看到了生产率的提高，因为我们在制造这些设备时采用了更大的晶圆尺寸。

由于较高的成本被认为是限制SiC广泛采用的关键因素之一，因此三菱电机实现的SiC价格下降趋势可被视为主要结果。根据Falcsik的说法，虽然第一代SiC器件的成本是类似额定硅器件成本的7×至10×但他们现在看到的成本比同等额定Si器件高出4×至7×

该模块在导通状态下需要15 V的栅源电压，与标准IGBT栅极驱动器兼容，并且可以顺利安装在现有的机械布局上，从而轻松取代传统的硅基器件。

需要强调的一个重要方面是，碳化硅MOSFET栅极驱动器的设计与标准IGBT或常规硅MOSFET驱动器的设计没有太大区别。SiC器件通常需要在关断状态下为负电压，在导通状态下需要正电压（在本例中为15 V）。传统的IGBT需要零面或单面电源，但通常需要负偏置栅极驱动电压来维持SiC器件的关断状态。该解决方案提供 dV/dt 抗扰度，避免因纹波或噪声而导致的意外换向。

“我们新功率模块背后的想法是保持与前几代功率模块的机械兼容性，”Falcsik说。“这为客户提供了高度的灵活性，因为通过改变栅极驱动，他们能够利用碳化硅。

新型 FMF400DY-24B 基于 SiC 的电源模块具有与 IGBT 类型相同的封装，但效率要高得多。尽管它的成本较高，但这是由较低的功耗支付的。尽管其软件包在技术上未进行优化，但市场需要它来获得传统支持和兼容性。此外，该封装具有极低的电感，因此允许该器件以近100 kHZ的频率进行切换，而不会影响其效率。基于三菱电机第二代SiC MOSFET芯片技术的新型功率模块（图2）增加了公司不断增长的SiC产品系列，提供了一流的性能和灵活性。新型SiC模块能够在更高的开关频率下工作，与同等额定Si IGBT相比，可将功率损耗降低约70%。

图2

图 2： 新型 FMF400DY-24B 碳化硅电源模块

尽管其第二代SiC器件基于坚固的平面结构，但三菱正计划为其第三代SiC MOSFET转向沟槽结构。

“这将使我们能够缩小芯片尺寸并提高功率密度，”Falcsik说。“我们的第二代仍然使用平面结构，因为我们能够优于市场上的其他一些沟槽结构。我们认为我们已经达到了平面结构所能达到的极限，因此我们正在向第三代沟槽型碳化硅MOSFET迈进。

三菱电机美国公司的半导体和设备部门提供广泛的半导体和电子设备产品组合，包括下一代光学器件和高频氮化镓、砷化镓和硅射频器件，用于数据中心、卫星基站和双向无线电等应用，以支持当今快速发展的电信网络。此外，该部门还为传统和可再生能源提供高效电源模块，有效可靠地分配电力。

“在功率器件集团，我们专注于碳化硅MOSFET，”法尔西克说。“在我们的结构方式中，我们从最低的器件额定值600 V开始，然后从那里一直到1.2、1.7和3.3 kV额定值的器件。在这个领域，我们认为碳化硅是要走的路。

为了生产SiC器件，三菱电机从各种代工厂采购原始SiC晶圆，然后从那里，芯片所需的所有制造步骤（外延，离子注入和扩散）都在内部进行。