CoolSiC MOSFET 电机驱动评估板
英飞凌科技为电机控制应用开发了一款评估板，其中包括一个三相 sic 模块。特别是，它在电力驱动器中使用了 coolsic mosfet 模块的功率。
coolsic mosfet
碳化硅 (sic) 是具有同素异形体的硅和碳的化合物。碳化硅的优点包括：
带隙为 3.3 ev，而硅为 1.2 ev；
击穿场为 2.2 mv/cm，而硅为 0.3 mv/cm；
导热系数为 4.9 w/cm k（硅为 1.5 w/cm k）；和
电子漂移速度为 2,107 cm/s，而硅的漂移速度为 1,107 cm/s。
由于 sic 的击穿场高出 10 倍，有源区可以做得更薄，并且可以包含更多的自由载流子。结果，电导率显着更高。与双极 igbt 不同，sic 的材料特性能够设计出快速开关的单极器件。基于宽带隙的功率器件，例如 sic 二极管和晶体管，是电力电子设计的既定元素。与此同时，mosfet 被普遍接受为首选概念（图 1）。
图 1：宽带隙半导体的应用（图片：英飞凌科技）
基于 sic 材料的这些优势，sic mosfet 正在成为太阳能逆变器和非车载电动汽车 (ev) 充电器等大功率应用中极具吸引力的开关晶体管。由于特定的沟槽结构，coolsic mosfet 提高了沟道迁移率并提高了栅极氧化物的可靠性。
英飞凌最近推出了 coolsic mosfet 器件，完善了其 650-v/1,200-v 产品组合。该技术旨在补充这种阻断电压等级的 igbt，以及成功的 coolmos 技术。coolsic mosfet 650-v 器件的额定值为 27 mω 至 107 mω。它们采用经典的三引脚 to-247 封装以及 to-247 的四引脚版本，可实现更低的开关损耗。据英飞凌称，与竞争的硅和 sic 解决方案相比，650 v 的 coolsic mosfet 提供的优势包括更高频率的开关效率和出色的可靠性。
由于与温度相关的导通电阻 (r ds(on) ) 非常低，mosfet 具有出色的热性能。据称，这些器件坚固而稳定的体二极管可保持极低水平的反向恢复电荷 (qrr) — 比最好的超结 coolmos mosfet 低约 80%。换向鲁棒性有助于轻松实现 98% 的整体系统效率——例如，通过使用连续导通模式图腾柱功率因数校正 (pfc)。
图 2：fs45mr12w1m1_b11 模块示意图（图片：infineon technologies）
阻断电压为 1,200 v 的 sic mosfet 在太阳能转换器、不间断电源、电池充电器和工业驱动器等应用中很受欢迎。fs45mr12w1m1_b11 是一款 easypack 1b 1,200-v、45-mω 六组模块，采用 coolsic mosfet、ntc 电阻器和 pressfit 接触技术（图 2）。据英飞凌称，它采用低电感设计，可提供最高效率以减少冷却工作。
rohm semiconductor 提供 sct3105kr 1,200-v sic mosfet，其采用沟槽栅极结构，针对需要高效率的服务器电源、太阳能逆变器和 ev 充电站进行了优化。采用新的四引脚封装，将电源和驱动器源极端子分开，从而最大限度地提高高速开关性能。因此，与传统的三引脚封装 (to-247n) 相比，总开启和关闭损耗可减少多达 35%。
评估板
eval-m5-e1b1245n-sic 评估板是 imotion 模块化应用设计套件 (madk) 平台的一部分，设计用于一系列控制板和功率级。该板可通过 imotion madk-m5 32 针接口连接器连接到控制板，例如 xmc drivecard 4400 或 xmc drivecard 1300。
图 3：eval-m5-e1b1245n-sic 评估板的框图（图片：英飞凌科技）
开源卡配备了允许实施控制传感器的相位输出分流器。它有一个三相交流连接器、一个 emi 滤波器以最大限度地减少对连接电网的高频辐射、一个整流器、一个用于电机连接的三相输出、一个提供 5 v 的辅助电源、一个集成 ntc 温度传感器、和碳化硅 fs45mr12w1m1_b11 六包电源模块（图 3-5）。
图 4：eval-m5-e1b1245n-sic 板（图片：ee times europe）
图 5：带有风扇的评估板和散热器（图片：ee times europe）
eval-m5-e1b1245n-sic 框图如图 3所示。所有测量和控制信号都可在 32 针驱动卡接口连接器上使用。板上还提供过热和过流保护的硬件电路。电源区和信令区分开以避免杂项干扰。基本绝缘隔离信号部分。通过将当前的 mosfet 驱动器和辅助电源变压器（t650、tr200、tr201）替换为具有适用于给定应用的安全认证的部件，隔离设计可以轻松升级为安全电气隔离。
其他功能包括：
输入电压 340 至 ~480 vac；
最大 7.5 kw 电机功率输出；
带 delta-sigma adc 的隔离式电流感应；
通过 delta-sigma adc 对直流母线电压进行隔离感应；
热敏电阻输出；
过载和短路硬件保护；
保护期间所有六个开关都关闭；
坚固的栅极驱动器技术，对瞬态和负电压具有稳定性；
辅助 5v 电源；
与标准示波器探头兼容的测量测试点；和
rohs 合规性。
图 6：eval-m5-e1b1245n-sic 的顶视图（表 1 中的详细信息）（图片：英飞凌科技）
该板的尺寸为 259 × 204 × 1.6 mm，有四个电层，每层都有 35 μm 的铜。图 6显示了电路板的详细信息，如表 1 所述。为了获得输出电流的准确测量和对称过流检测，必须调整模拟信号的偏移电压（图 7）。基本电路板布局可分为四个子类别：转换器的输入电路、辅助电源、功率级和测量。输入电路配有两个 ntc 电阻，用于限制浪涌电流。
表 1：图 6 的详细信息
图 7：偏移调整的相关部件（图片：英飞凌科技）
sic 器件在电机控制和电力控制应用中的使用代表了节能、减小解决方案尺寸、集成和可靠性方面的飞跃，尤其适用于汽车和工业自动化控制设计。eval-m5-e1b1245n-sic 是一款完整的评估板，包括用于电机驱动应用的三相 sic 功率模块。
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由于 sic 的击穿场高出 10 倍，有源区可以做得更薄，并且可以包含更多的自由载流子。结果，电导率显着更高。与双极 igbt 不同，sic 的材料特性能够设计出快速开关的单极器件。基于宽带隙的功率器件，例如 sic 二极管和晶体管，是电力电子设计的既定元素。与此同时，mosfet 被普遍接受为首选概念（图 1）。
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图 2：fs45mr12w1m1_b11 模块示意图（图片：infineon technologies）
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评估板
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