Жаңа SiC модулінің динамикалық шығындары мен ауысу динамикасын талдау

Жаңа буынды SiC модулі қуат электроникасы инженерлерінің динамикалық шығындарды талдау әдісін негізінен өзгертті. Дәстүрлі кремний негізіндегі құрылғылардан айырмашылығы сол, SiC модулі жоғары жиілікте ауысу және жоғары өткел температурасында жұмыс істейді, бірақ өткізу мен ауысу шығындары әлдеқайда төмен болады. Бұл динамикалық әрекеттердің нақты механизмдерін түсіну қуаттылығы жоғары трансформаторлар, инверторлар немесе тарту жүйелерін жобалаушы инженерлер үшін енді міндетті талап болып табылады — бұл жүйенің өнімділігі мен сенімділігін тікелей анықтайтын негізгі біліктілік.

Бұл мақала жаңа SiC модулі архитектурасы. Біз қосу мен өшірудің энергиялық шығындарының физикалық себептерін, ауысу кезіндегі өткел процестерін пішіндеуге әсер ететін паразиттік элементтердің рөлін, динамикалық жағдайлардағы жылулық ұстанымды және тізбек дизайнына қойылатын тәжірибелік талаптарды қарастырамыз. Сіз SiC модулін өнеркәсіптік жетекте, қайта қалпына келтірілетін энергия конвертерінде немесе электромобильдің қуаттық трансмиссиясында бағалайтын болсаңыз, бұл талдау сізге негізделген инженерлік шешімдер қабылдауға көмектеседі.

SiC модуліндегі динамикалық шығындарды түсіну

Ауысу энергиясының шығындарының физикалық себептері

SiC модуліндегі динамикалық шығындар негізінен ауысу кезеңдерінде — құрылғы өзінің қосылу және өшіру күйлері арасында қысқа уақыт аралығында — пайда болады. Бұл ауысу кезеңдерінде құрылғының бойымен бір мезгілде кернеу мен ток өтеді, ол салдарынан лездік қуат шығыны пайда болады, ол әрбір ауысу циклына келетін өлшенетін энергия шығынына интегралданады. SiC модулінде кремний карбидінің енгізілген зонасының ені көп болуы салдарынан кәдімгі кремний IGBT-тардың жұмысын нашарлататын миноритарлық тасымалдаушылардың сақталу әсері азаяды, яғни өшіру кезіндегі токтың қалдық құрамы әлдеқайда қысқарады.

SiC модуліндегі қосылу кезіндегі энергия шығыны (Eon) бос өту диодының кері қалпына келу зарядына, жоғарғы өткізгіштік қабатын басқару кедергісіне және коммутациялық тізбектегі шашыраңқы индуктивтілікке тәуелді. SiC Шоттки диодтарының кері қалпына келу заряды шамамен нөлге тең болғандықтан, SiC модулінің Eon мәні сәйкес келетін кремний модулінің Eon мәніне қарағанда әлдеқайда төмен. IGBT модулі бірдей жағдайларда жұмыс істейді. Eon азайуы — инженерлер қосылу шығындары жалпы шығын бюджетінде басым болатын жоғары жиілікті қолданбалар үшін SiC модулін таңдаудың негізгі себептерінің бірі.

SiC модуліндегі өшіру энергиясының шығыны (Eoff) құрылғының каналын босату жылдамдығы мен көзі-тұтынушы арасындағы кернеудің өсу жылдамдығымен анықталады. SiC MOSFET құрылғысында миноритарлық тасымалдаушылардың енгізілмеуі орын алғандықтан, Eoff шамасы негізінен құрылғы ішіндегі сақталған заряд емес, гейттік басқару шарттары мен сыртқы тізбектегі паразиттік компоненттермен анықталады. Бұл инженерге Eoff шамасын биполярлық технологияларға қарағанда әлдеқайда жоғары дәрежеде бақылау мүмкіндігін береді.

Жиілікке тәуелділік және жалпы шығын бюджеті

SiC модулінің ең маңызды сипаттамаларының бірі — оның жалпы динамикалық шығындарының қосу жиілігіне қатысты қалай өзгеретіндігі. Кремнийлі IGBT модулінде қосу жиілігін 10 кГц-тен 50 кГц-ке дейін арттыру қосу шығындарын өте ауыр түрде басым болуына әкеліп, жылулық бюджетін асырып кетуі мүмкін. Ал SiC модулі, керісінше, шығын мен жиілік арасында әлдеқайда тиімді қатынасты сақтайды, сондықтан оны 50 кГц, 100 кГц немесе одан да жоғары жиіліктерде пайдалануға болады, ал бұл жағдайда жылулық тежегіштік қауіпсіздігі сақталады.

SiC модуліндегі жалпы қуат шығыны өткізгіштік шығындары мен қосу шығындарының қосындысынан тұрады. Төмен қосу жиілігінде өткізгіштік шығындары басым болады және SiC MOSFET-тің ашық күйдегі кедергісі (Rdson) негізгі параметр болып табылады. Жоғары қосу жиілігінде қосу шығындары басым болады, ал цикл бойынша Eon және Eoff мәндерінің жиілікке көбейтіндісі жылулық жүктемені анықтайды. Инженерлер өздерінің нақты SiC модулі үшін өту жиілігін анықтауы керек және қолдану сәйкесінше қақпақтың басқаруы мен жылулық басқару стратегиясын оптималдау.

Сондай-ақ, қақпақ зарядының шығындарын ескеру маңызды, ол SiC модулінің әрбір қосу/өшіру циклы кезінде қақпақ сыйымдылығын зарядтау мен разрядтау үшін қажетті энергияны көрсетеді. Қақпақ зарядының шығындары әдетте Eon және Eoff шығындарынан кіші болса да, өте жоғары қосу/өшіру жиіліктерінде олар елемейтін шама болып қалмайды және 200 кГц-тен жоғары жұмыс істейтін SiC модулі үшін қатал шығындар моделіне міндетті түрде енгізілуі керек.

Қосу/өшіру динамикасы және ауыспалы әрекет

Қосу кезіндегі ауыспалы әрекетті талдау

SiC модулінің қосылу уақытша құбылысы қақпа кернеуі порогтық кернеуден жоғары көтерілгенде және канал өткізгіштікке кіріскенде басталады. Бұл кезеңде сорғыш тогы тез өседі, ал сорғыш-исток арасындағы кернеу жоғары деңгейде қалады, ол Eon-ды анықтайтын қабаттасу аймағын құрады. Токтың өсу жылдамдығы (di/dt) қақпа жеткізу кедергісі мен SiC модулінің жалпы қақпа заряды арқылы реттеледі. Төмен қақпа кедергісі қосылу уақытша құбылысын жылдамдатады, Eon-ды азайтады, бірақ қуат циркуляциясындағы шала индуктивтілік арқылы туындайтын шың кернеу артылуын көтереді.

SiC модулінде қосу кезіндегі токтың өзгеру жылдамдығы (di/dt) бірнеше мың ампер на микросекундқа жетуі мүмкін, бұл кремнийлі IGBT-тар үшін типтік мәндерге қарағанда едәуір жоғары. Бұл жоғары di/dt көрсеткіші екі жақты сипаттама болып табылады: ол ауысу шығындарын азайтады, бірақ бір уақытта шина мен модульдің корпусындағы паразитті индуктивтіліктерді қоздырады, нәтижесінде құрылғы мен оны қоршаған компоненттерге кернеу импульстері әсер етеді. Сондықтан жоғары өнімділікті түрлендіргіште SiC модулін орнатқан кезде PCB трассировкасы мен шина дизайнына ерекше назар аудару қажет.

Силлиций карбидті модульде ашылу кезінде қақпа кернеуінің толқын пішінінде көрінетін Миллер плато аймағы кремнийдегі құрылғыларға қарағанда қысқа және айқын емес. Бұл оның қақпа-дрейн сыйымдылығы (Cgd) жалпы қақпа сыйымдылығына қатысты кіші болғандықтан, Миллер әсері ауысу жылдамдығына одан әрі әсер етпейді. Бұл қасиет ауысу процесінің тез және нақты басқарылатын динамикасына үлес қосады, сондықтан SiC модулі қатаң талаптар қойылатын қолданбалар үшін тартымды болып табылады.

Өшіру кезіндегі өтпелі процесске талдау

SiC модулінің өшіру уақытындағы өтпелі процесі қапылдағы кернеу порогтық мәннен төмен тартылған кезде басталады, ол каналдың тарылуына әкеледі. Сорғыш тогы төмендей бастайды, ал сорғыш-источник арасындағы кернеу шиналық кернеуге қарай өседі. Өшіру кезіндегі кернеу өсу жылдамдығы (dv/dt) — бұл Eoff мәні мен қосу/өшіру оқиғасы кезінде пайда болатын электромагниттік кедергіні (EMI) анықтайтын маңызды параметр. SiC модулінде қапылдық қозғалтқыштың белсенді режимінде dv/dt мәндері 50 В/нс-тен аса алады.

SiC модуліндегі жоғары dv/dt шығыс токтарын паразиттік сыйымдылықтар арқылы өткізеді, бұл қосымша токтар қақпақтың басқару тізбегіне, датчиктер тізбегіне және басқару электроникасына шу енгізуі мүмкін. Бұл SiC модулінің қолданылуында жақсы зерттелген қиындық болып табылады және экранирлеу, декаплирование және қақпақтың басқару схемасына қатты көңіл бөлу қажет. Кейбір инженерлер SiC модуліндегі di/dt және dv/dt параметрлерін тәуелсіз реттеу үшін екі бөлінген қақпақ резисторын қолданады — қосу кезінде төменгі кедергі, ал өшіру кезінде жоғары кедергі.

Кремнийлі IGBT-тардан айырмашылығы неде? SiC модулі өшіру кезінде токтың қалдық құйрығын көрсетпейді. Миноритарлық тасымалдаушылардың рекомбинациясы болмағандықтан, қақпақ кернеуі порогтық деңгейден төмендеген кезде ток тез және таза түрде төмендейді. Бұл қасиет Eoff есебін ыңғайландырады және SiC модулінің өшіру энергиясын жұмыс жағдайларынан тәуелсіз болжауға мүмкіндік береді, ол шығындарды модельдеу мен жылулық дизайн үшін маңызды артықшылық болып табылады.

Паразиттік элементтер және олардың SiC модулінің жұмыс істеуіне әсері

Қораптағы индуктивтілік және оның ауысу кезіндегі өтпелі процестердегі рөлі

SiC модулінің қорабындағы ішкі паразиттік индуктивтілік ауысу толқындарын пішіндеуге шешуші әсер етеді. Тізбектегі бірнеше наногенри ғана болатын шашыраңқы индуктивтілік SiC модулінің жоғары di/dt-імен әрекеттескен кезде жүздеген вольттық кернеу шыңдарын туғызуы мүмкін. Қазіргі заманғы SiC модулінің қораптары төмен индуктивтілікті ішкі орналасумен жасалады, мысалы, қабаттасқан шиналар, симметриялы ток жолдары және тиімді тұйықталған контур индуктивтілігін азайту үшін байланыс сымдарының ұзындығын азайту сияқты әдістер қолданылады.

Ортақ көздеу индуктивтілігі — қуат циркуляциялық тізбегі мен қақпа қозғалыс циркуляциялық тізбегі арасында бөлісетін индуктивтілік — SiC модулінде ерекше проблемалық болып табылады. Бұл индуктивтілік қосылу кезінде теріс кері байланыс әсерін туғызады: өсетін сорғыш тогы қақпаның қозғалысына қарсы бағытталған кернеуін индукциялайды, нәтижесінде ауысу ауысуы баяуласады және Eon ұзақтығы артады. Сондықтан SiC модулімен жұмыс істеген кезде ортақ көздеу индуктивтілігін тиімді қапшық дизайндау мен сыртқы тізбектің орналасуы арқылы азайту — басты мақсат болып табылады.

SiC модулін бағалайтын инженерлер әрқашан ішкі шашыраңқы индуктивтілік (Ls) мәндерін техникалық сипаттамадан тексеріп, осы мәндердің сыртқы шиналар мен PCB орналасуының индуктивтілігімен қалай әрекеттесетінін ескеруі керек. Жалпы коммутациялық циркуляциялық индуктивтілік ауысу кезіндегі шың кернеу артылуын анықтайды, ал бұл артылу SiC модулінің кернеу рейтингінің шегінде ұсталуы керек, сонда ұзақ мерзімді сенімді жұмыс істеу қамтамасыз етіледі.

Қақпа сыйымдылығы мен қозғалыс тізбегінің әрекеттесуі

SiC модулінің кіріс сыйымдылығы (Ciss) қақпа-көздеу сыйымдылығынан (Cgs) және қақпа-дрен сыйымдылығынан (Cgd) тұрады. Кремнийлік MOSFET-терден айырмашылығы неде, SiC модулінің Ciss-і дрен-көздеу кернеуіне қатысты маңызды сызықты емес болуы мүмкін, әсіресе Cgd тез өскен төмен кернеулерде. Бұл сызықты емес қасиетті қақпа жетекшілігінің тізбегін жобалағанда және қақпа зарядының энергиялық шығынын есептегенде ескеру керек.

SiC модулі үшін қақпа жетекшілігінің кернеу деңгейлері әдетте кремнийлік MOSFET-тер үшін қолданылатын деңгейлерден жоғары болады. Қабатты толық қоздыру және Rdson-ды азайту үшін оң қақпа кернеуі +15 В-тан +20 В-қа дейін қолданылады, ал өшіру кезінде Миллер эффектісінен туындайтын қателікпен қосылуларды болдырмау үшін теріс қақпа кернеуі -5 В-тан -10 В-қа дейін қолданылады. Қақпа жетекшілігінің тізбегі SiC модулінің Ciss-ін қажетті қосу/өшіру уақыты ішінде зарядтау және разрядтау үшін қажетті пик қақпа тогын беруге және қабылдауға қабілетті болуы керек.

Жартылай көпірдегі SiC модулінің жоғарғы және төменгі қосқыштары арасындағы өзара әсерлесу белгілі бір қиындық туғызады. Бір қосқыш тез қосылған кезде, қарама-қарсы қосқыштағы жоғары dv/dt оның Cgd сыйымдылығы арқылы қосқыштың қапысына оң кернеу импульсін индукциялай алады, ол жалған қосылу оқиғасына әкелуі мүмкін. Бұл құбылыс кейде «Миллер индукцияланған қосылу» деп аталады және SiC модулі үшін теріс өшіру қапы кернеуін қолдану арқылы және өшіру кезіндегі төмен импедансты қапы басқару схемасын таңдау арқылы шектеледі.

Динамикалық қосылу шарттарындағы жылулық ұстау

Өткізгіштік температурасының динамикасы мен жылулық кедергі

SiC модулінің динамикалық қосу-ажырату жағдайларындағы жылулық әрекеті чиптің өткелі мен суыту пластинасы арасындағы жылулық кедергі желісімен анықталады. Тұрақты токтағы өткізгіштік шығындарынан айырмашылығы сол, бұл жағдайда қосу-ажырату шығындары қосу-ажырату жиілігінде дискретті импульстар түрінде бөлінеді, олар орташа температураның көтерілуіне салынған өткел температурасының тербелісін туғызады. Бұл өткел температурасының тербеліс амплитудасы қосу-ажырату жиілігіне, цикл бойынша энергия шығынына және SiC модулінің корпусының жылулық сыйымдылығына тәуелді.

Жоғары ауысу жиіліктерінде SiC модулінің кристалының жылулық уақыт тұрақтысы ауысу периодынан әлдеқайда ұзақ, яғни өткел температурасының тербелісі аз болады және кристалл тиімді түрде орташа қуат шығынын көреді. Төмен ауысу жиіліктерінде жылулық уақыт тұрақтысы ауысу периодымен салыстырылатын болады және ең жоғарғы өткел температурасы орташа мәннен қатты асып кетуі мүмкін. Бұл айырмашылық айнымалы жиілікті іске қосу қолданбаларында SiC модулінің жылулық шегін бағалаған кезде маңызды болып табылады.

SiC модуліндегі Rdson оң температуралық коэффициенті өткізгіштік шығындардың өту қосылысының температурасы артқан сайын өсуін білдіреді, сондықтан ауыр жүктеме кезінде өзін-өзі күшейтетін жылулық әсер туындайды. Алайда, бұл оң температуралық коэффициент SiC модульдерін параллель қосқан кезде токтың біркелкі бөлінуін жеңілдетеді, өйткені қызыған құрылғы кедергісі артқан сайын табиғи түрде аз ток өткізеді. Бұл кремнийлі IGBT-тарға қарағанда маңызды артықшылық болып табылады, себебі олардың ашық күйдегі кернеу төмендеуінің температуралық коэффициенті теріс болып келеді және параллель қосылған кезде токтың бір нүктеде жиналуына (токтың артық жиналуына) бейім.

Динамикалық шығындарды азайту үшін жылулық басқару стратегиялары

SiC модулінің тиімді жылу басқаруы үшін орташа қуаттың шығыны мен ең нашар динамикалық жағдайлардағы шыңдық өткел температурасын ескеретін барлық жақты тәсіл қажет. Жоғары қуатты SiC модулінің қолданылуында сұйықтықпен салқындату кеңінен қолданылады, себебі ол модульдің негізгі табаны мен салқындатушы сұйықтық арасындағы жылулық кедергіні ауамен салқындатуға қарағанда төмендетеді, осылайша жоғары қуаттық тығыздық пен белсендірілген қосу жиілігін қамтамасыз етеді.

SiC модулінің табаны мен жылу шашуыш немесе суыту пластинасы арасындағы жылулық аралық материал (TIM) жылулық стекада маңызды элемент болып табылады. SiC модулінің өмірлік мерзімі бойынша жобаланған өткізгіштік температурасынан ортаға дейінгі жылулық кедергісін сақтау үшін төмен жылулық кедергісі бар және жылулық циклдағы ұзақ мерзімді тұрақтылығы жоғары TIM-ды қолдану міндетті. Сондай-ақ, инженерлер SiC модулі ішіндегі қосылатын қабаттар мен қосылатын сымдардың жылулық циклдағы қаттылығын ескеруі керек, өйткені динамикалық қосылу кезіндегі жоғары dT/dt қаттылық механизмдерін жеделдетуі мүмкін.

Жоғары деңгейдегі жылулық симуляция құралдары инженерлерге SiC модулінің нақты миссиялық профилдеріндегі (айнымалы жүктеме циклдары, іске қосу кезіндегі өтпелі процестер және ақаулық жағдайлары) уақытша жылулық реакциясын модельдеуге мүмкіндік береді. Бұл симуляциялар datasheet сипаттамасы деректерінен алынған дәл жоғалту моделдерімен бірге қолданылғанда, көптеген физикалық прототиптауға талап етпейтін сенімді жылулық дизайн жасауға мүмкіндік береді. Нәтижесінде SiC модулі негізінде құрылған өнімнің даму циклы тездетіледі және соңғы өнім надежді болады.

Инженерлер үшін практикалық дизайн әсерлері

Динамикалық жоғалтуларды ба control үшін қақпақтың басқаруын оптимизациялау

SiC модулінің динамикалық шығындарын бақылау үшін инженерге ең тікелей әсер ететін фактор — қақпақтың басқару тізбегін оптималдау. Қақпақтың кедергісі ауысу жылдамдығын анықтайды, сондықтан ауысу шығындары мен кернеу артылуы арасындағы компромисс осы кедергіге байланысты. Жүйелі тәсіл — SiC модулінің Eon, Eoff және шың кернеу артылуы сипаттамаларын мақсатты жұмыс режимдерінде қақпақтың кедергісінің функциясы ретінде зерттеу, содан кейін жалпы шығындарды азайтып, кернеу артылуын қауіпсіз шектер ішінде ұстауға мүмкіндік беретін қақпақ кедергісін таңдау.

Айнымалы қақпақ кедергісі немесе көп деңгейлі қақпақ кернеуін басқару сияқты белсенді қақпақ басқару әдістері SiC модулінің ауысу динамикасын әртүрлі жұмыс нүктелерінде оптималдауға қосымша икемділік береді. Бұл әдістер жеңіл жүктемеде динамикалық шығындарды азайтуға және толық жүктемеде қауіпсіз ауысу режимін сақтауға мүмкіндік береді, ол кең жүктеме ауысуы бар қолданыстарда — мысалы, күн энергиясы инвертерлері мен EV зарядтағыштарында — ерекше маңызды.

Кіріс қуат көзінің қозғалтқышын SiC модулі үшін барлық жұмыс режимдерінде тұрақты, төмен деңгейлі шулы кіріс кернеулерін қамтамасыз ету үшін мұқият жобалау қажет. Кіріс қуат көзіндегі шу айнымалы қосу-өшіру режиміне әкеліп соғуы мүмкін және динамикалық шығындарды арттыруы мүмкін. Жартылай көпірлі және толық көпірлі SiC модульдері үшін ортақ режимдегі өтпелі иммунитеті (CMTI) жақсы болатын изоляцияланған кіріс қозғалтқышының қуат көзін қолдану ұсынылады, себебі айнымалы кернеудің жоғары dv/dt мәні кіріс қозғалтқышының электр тізбегіне шу таратуы мүмкін.

Паразитті әсерлерді азайту үшін схема орналасуы мен шиналардың жобасы

SiC модулін қоршаған PCB немесе шиналардың орналасуы оның динамикалық жоғалту көрсеткіштеріне терең әсер етеді. Мақсат — жалпы коммутациялық контур индуктивтілігін азайту, ол үшін тұрақты ток (DC) байланыс конденсаторларын SiC модулінің шығыстарына мүмкіндігінше жақын орналастыру және төмен индуктивтілікті шиналар геометриясын қолдану қажет. Қарама-қарсы бағыттағы ток жолдары бар қабаттасқан шиналар магниттік өрістердің бір-бірін болдырмауы арқылы өте төмен индуктивтілікке қол жеткізетіндіктен, жоғары қуатты SiC модулінің қолданылуы үшін осы шиналар таңдауға ұсынылады.

SiC модулінің шығыстарына тікелей орналастырылған декаплаушы конденсаторлар екі мақсатқа қызмет етеді: олар ауысу кезіндегі шың кернеу артылуын жергілікті заряд қоры ретінде қамтамасыз ету арқылы азайтады және негізгі тұрақты ток (DC) байланыс конденсаторлары арқылы өтетін жоғары жиілікті ток тербелістерін азайтады. Бұл декаплаушы конденсаторларды таңдаған кезде олардың өзіндік резонанстық жиілігі, эквиваленттік серіктес кедергісі (ESR) және эквиваленттік серіктес индуктивтілігі (ESL) ескерілуі тиіс, сондықтан олар SiC модулінің ауысу жиіліктерінде тиімді болуы қажет.

SiC модулінің қақпақтық тізбегіне ауысу шуының қосылуын болдырмау үшін PCB орналасуында қақпақтық басқару сигналының трассаларын қуат трассаларынан бөлу маңызды. Қақпақтық басқару тізбегі үшін арнайы жерлендіру жазықтығы мен Кельвин көзінің қосылуын мұқият трассалау қуат циклының токтарының қақпақтық басқару сигналының сапасына әсерін азайтады және SiC модулінің тұрақты, болжанымды ауысу динамикасын қамтамасыз етеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

SiC модулінің динамикалық шығындары неге кремнийлі IGBT-лердің шығындарынан төмен?

SiC модулі кремний карбидтің MOSFET-терін қолданады, бұл бірполюсті құрылғылар, олар өткізгіштік үшін миноритарлы заряд тасымалдаушылардың инжекциясына сүйенбейді. Бұл оның өшіру кезінде рекомбинацияланатын жинақталған зарядтың болмауын білдіреді, сондықтан кремний IGBT-теріндегі Eoff-тың үлкен бөлігін құрайтын токтың қалдық әсері болмайды. Сонымен қатар, SiC модулінде еркін жүру диодтары ретінде қолданылатын SiC Шоттки диодтарының кері қалпына келу заряды нольге жақын болады, ол кремний pin диодтарымен салыстырғанда қосылу кезіндегі энергия шығынын әлдеқайда азайтады. Бұл екі әсердің қосындысы қосылған жағдайда, осы жұмыс режимдерінде эквивалентті кремний IGBT модулімен салыстырғанда жалпы ауысу шығындары әдетте 5–10 есе төмен болады.

Сыртқы индуктивтілік SiC модулінің ауысу динамикасына қалай әсер етеді?

Коммутациялық контурдағы артық индуктивтілік SiC модулінің жоғары di/dt-мен әсерлесіп, ауысу кезіндегі кернеу шұбыртқыларын туғызады. Пиктік кернеу артуы шамамен артық индуктивтілік пен пиктік di/dt көбейтіндісіне тең. SiC модулі кремнийлі IGBT-ге қарағанда әлдеқайда тез ауысады, сондықтан бірнеше наногенри болатын аз мөлшердегі артық индуктивтілік тіпті жүздеген вольтқа дейінгі кернеу шұбыртқыларын туғызуы мүмкін. Бұл SiC модулін орнатқан кезде төмен индуктивтілікті жолдарды жобалау маңызды талап етеді, сондықтан қазіргі заманғы SiC модульдік қораптар ішкі индуктивтілікті азайту үшін құрылған және сыртқы тізбекте қабаттасқан шиналар қолдануға ұсынылады.

SiC модулін кремнийлі құрылғыларға қарағанда жоғары өткел температурасында жұмыс істетуге бола ма?

Иә, SiC модулінің максималды қосылу температурасы кремнийлі IGBT-тарға қарағанда жоғары болады, ол әдетте 175°C-қа дейін, ал көптеген кремнийлі құрылғылар үшін — 150°C-қа дейін; кейбір жетілдірілген SiC модулінің конструкциялары 200°C-қа дейін бағаланады. Бұл мүмкіндік кремний карбидінің кең таспа аралығынан туындайды, ол кремнийдің артық сорғыш ток пен жылулық тұтқындалуға ұшырайтын температурада жартылай өткізгіштік қасиеттерін сақтайды. Алайда, SiC модулін жоғары қосылу температурасында іске қосу SiC MOSFET-тің оң температуралық коэффициентіне байланысты Rdson мәнін арттырады, сондықтан оны өткізу шығындарының бюджетін есепке алу қажет. Жоғары температураға төзімділік қабілеті SiC модулімен қолданылатын қаптау материалдарына, қолданылатын қосылатын қосылыстарға және жылулық аралық материалдарға да көбірек талап қояды.

SiC модуліндегі динамикалық шығындарды азайту үшін қақпақтың басқару параметрлері қалай таңдалуы керек?

SiC модулі үшін қақпақтың басқару параметрлерін таңдау кезінде айналу жылдамдығын кернеу артылуы мен электромагниттік ықпалмен теңестіру керек. Қақпақтың кедергісі айналу жылдамдығын бақылайды: кедергінің төмендеуі Eon және Eoff-ті азайтады, бірақ dv/dt және di/dt-ті арттырады, нәтижесінде кернеу шығысы жоғарылайды және электромагниттік ықпал күшейеді. Ұсынылатын тәсіл — SiC модулін нақты жұмыс кернеуі мен тогы жағдайларында әртүрлі қақпақ кедергілерінде сипаттау, содан кейін құрылғының кернеу рейтингінен төмен болатын, бірақ қауіпсіздік маржиналығын сақтайтын ең төмен қақпақ кедергісін таңдау. Жартылай көпірлі SiC модулі конфигурацияларында Миллер әсерінен туындайтын жалған қосылуларды болдырмау үшін -5 В ден -10 В дейінгі теріс өшіру қақпағы кернеуін қолдану да маңызды. Қақпақтың басқару қоректендіру көзі изоляцияланған болуы керек және SiC модулінің жасайтын жылдам dv/dt жағдайларында сигналдың бүтіндігін сақтау үшін жоғары CMTI рейтингіне ие болуы керек.