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碳化硅（SiC)模块国产化1700V的八种封装应对新能源800V及更高电压系统

发布时间：2025-8-21 15:07    发布者：Eways-SiC
关键词： 800V高压平台 , 车载逆变器 , 高频开关电源 , 电机驱动 , DC-DC
1700V功率器件关键特点
  • 材料优势

    • SiC（碳化硅）：主流选择，耐高压、高温（结温＞200℃），开关频率高（降低滤波器体积），效率提升5-10%。

  • 耐压与可靠性

    • 阻断电压≥1700V，漏电流极小，避免击穿风险。
    • 强抗雪崩能力，适应电动车复杂工况（如急加速/制动）。

  • 动态性能

    • 快速开关（ns级），降低开关损耗（SiC比硅基IGBT减少50%以上）。
    • 低反向恢复电荷（Qrr），适合高频应用（如OBC）。

  • 热管理

    • 高导热率（SiC为硅的3倍），散热更优，允许更高功率密度。
    • 模块化设计（如半桥模块）集成散热基板。

  • 系统级适配

    • 兼容800V电池与400V设备（通过DC-DC转换），支持双向能量流动。
    • 与超充桩（如350kW）匹配，实现5-10分钟快充

1.电压裕量设计


    • 800V系统实际工作电压可能瞬态超压（如关断尖峰、负载突变），需留有余量。1700V器件的耐压（如SiC MOSFET）可覆盖2倍以上标称电压，确保可靠性。
    • 例如：800V母线电压的峰值可能达1200V，1700V器件提供安全缓冲。

  • 2.开关损耗与效率优化

    • 高压器件（如SiC）在高压下导通电阻更低，减少导通损耗，尤其适合高频开关场景（如OBC、DC-DC）。

  • 3.系统简化需求

    • 避免多级电压转换，直接支持高压部件（如电机驱动、快充），1700V器件可简化拓扑结构。

对比传统方案
1700V的对比.png
高压SiC MOSFET的核心优势
  • 超高耐压与可靠性

    • 1700V及以上耐压等级：轻松应对800V平台瞬态电压尖峰（如电机反电动势、快充浪涌），避免器件击穿。
    • 强抗雪崩能力：适应电动车急加速、再生制动等动态工况，寿命远超硅基IGBT。

  • 极低的导通与开关损耗

    • 导通电阻（Rds(on)）随电压升高增长缓慢：在800V系统中，SiC MOSFET的导通损耗比硅基IGBT低50%以上。
    • 超快开关速度（ns级）：开关损耗减少70%，支持高频运行（100kHz+），提升功率密度。

  • 高温稳定性

    • 结温可达200℃以上：SiC材料的热导率（3.7 W/cm·K）是硅的3倍，散热更高效，允许更高电流输出。

  • 高频兼容性

    • 近乎零反向恢复电荷（Qrr）：消除二极管反向恢复损耗，适合高频应用（如OBC、DC-DC）。

对800V+高压系统的性能提升1. 电驱系统：效率与动力升级
  • 逆变器效率＞98%（硅基IGBT约95%）：减少能量损耗，延长续航5-10%。
  • 高开关频率：缩小电机滤波电感体积，减轻重量（如保时捷Taycan电驱系统减重20%）。
  • 峰值功率输出：支持更高扭矩密度，实现3秒级零百加速。

2. 超快充：缩短充电时间
  • 兼容350kW+超充桩：SiC器件低损耗特性允许持续高电流输入，实现5-10分钟充电（SOC 10%-80%）。
  • 减少充电模块体积：高频开关使OBC和DC-DC体积缩小30%（如特斯拉V4超充桩）。

3. 热管理与轻量化
  • 降低散热需求：SiC器件的高效散热可减少冷却系统复杂度，如取消液冷管路。
  • 系统集成化：结合多合一电驱单元（如比亚迪e平台3.0），整车减重10%-15%。

4. 续航与成本平衡
  • 续航提升：效率优化可使整车续航增加5%-8%（WLTP工况）。
  • 虽器件成本高（SiC模块约硅基的2-3倍），但系统级成本下降（节省铜、散热材料等）。

三、高压SiC MOSFET的技术挑战
  • 成本问题

    • SiC衬底制备难度大，良率低，但随产能扩张（如Wolfspeed、科锐），成本逐年下降（预计2025年降本30%）。

  • 驱动设计复杂度

    • 需专用栅极驱动芯片（如隔离驱动），避免高压串扰。

  • 封装技术

    • 需低寄生电感封装（如银烧结、铜夹键合），以发挥高频优势。

四、典型应用案例
  • 特斯拉Model 3/Y：后驱模块采用SiC MOSFET，逆变器效率提升至99%。
  • Lucid Air：900V平台+SiC电驱，实现超低能耗（4.6km/kWh）。
  • 蔚来ET7：SiC模块使电机功率密度达3.3kW/kg。

五、未来趋势
  • 电压平台升级：保时捷、奥迪等规划1000V+系统，需2000V SiC器件。
  • 全SiC方案：从逆变器扩展至OBC、DC-DC、PDU等全车高压部件。
  • 与GaN融合：中低压部分（48V）用GaN，高压用SiC，优化成本。
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总结
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]高压SiC MOSFET通过 耐压能力、高效开关 和 高温稳定性，成为800V+电动车的“性能倍增器”，推动快充、长续航与轻量化发展。随着技术成熟和规模化，SiC将成为高压电动化的标配技术。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MED （ED3)碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用真空回流焊工艺，Cu底板+低热值AlN绝缘陶瓷，最高工作结温175℃；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 功率密度高,适用高温、高频应用，超低损耗；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 3. 常关功率模块，零拖尾电流，寄生电感小于15nH，开关损耗低；
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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MD3 系列碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用真空回流焊工艺，AlSiC底板+低热值AlN绝缘陶瓷，最高工作结温175℃；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 适用高温、高频应用，超低损耗
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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MEK6 系列碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 最高工作结温175℃；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 高功率密度，低开关损耗；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 3. 适用高温、高频应用；
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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]HPD 系列碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 最高工作结温175℃；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 第三代模块寄生电感低于9nH，比现有模块小50%以上，降低开关损耗；
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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]DCS12 (DCM)系列碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用单面水冷+模封工艺，最高工作结温175℃；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 2. 功率密度高，适用高温、高频应用，超低损耗；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 3. 集成NTC温度传感器，易于系统集成；
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ME3（62mm) 系列碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用全焊片工艺，Cu底板+低热值AlN绝缘陶瓷；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2. 高功率密度，低寄生电感，低开关损耗；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]3. 适用高温、高频应用；
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ME2 (34mm)系列碳化硅（SiC）功率模块
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1. 采用全焊片工艺，Cu底板+低热值AlN绝缘陶瓷；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2. 高功率密度，低寄生电感，低开关损耗；
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]3. 适用高温、高频应用；
18.png 19.png 45.png 驱动1.jpg 驱动2.jpg
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] MD3驱动板.jpg
了解更多电力电子信息，请关注公众号:碳化硅MOS与SiC模块技术漫谈
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Eways-SiC 发表于 昨天 08:32
11种封装的国产碳化硅模块及新工艺顶部散热产品介绍应用 - 无源器件/分立半导体 - 电子工程网
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