Mittlere Leistungsanwendungen sind der ideale Einsatzbereich für Wolfspeed WolfPACK Leistungsmodule.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Leistungselektronik stehen Design-Ingenieure ständig vor der Herausforderung, Systeme zu entwickeln, die effizienter als ihre Vorgänger sind. Die Auswahl der optimalen Komponente für ein neues Design kann oft eine große Herausforderung darstellen, ist jedoch entscheidend, um die Anforderungen von Konvertern zu erfüllen, ohne unnötige Systemkosten zu verursachen. Bei Wolfspeed verstehen wir diese Herausforderung und erweitern unser Portfolio kontinuierlich um neue Produkte, die die Bedürfnisse unserer Kunden besser erfüllen können.
Unser Ziel ist es, eine breite Palette von Produkten bereitzustellen, die Anwendungsingenieure einsetzen können, um ihre Designs effizienter, robuster und konfigurierbarer als die ihrer Mitbewerber zu gestalten. Mit über 30 Jahren Forschung und Entwicklung im Bereich Siliziumkarbid (SiC) umfasst unser aktuelles Portfolio eine Vielzahl von SiC-Schottky-Dioden, MOSFETs und Leistungsmodule, die eine breite Palette von Leistungsanforderungen abdecken. Im Vergleich zu Siliziumtransistoren (Si) führen die überlegene Stromtragfähigkeit und die geringeren Schaltverluste zu einer höheren Wandler-Effizienz und Leistungsdichte. Dies bietet letztendlich eine optimale Lösung für Mittelleistungswandler (10 bis 100 kW). Aus diesem Grund hat Wolfspeed kürzlich die WolfPACK™-Leistungsmodule-Familie auf den Markt gebracht. Diese Module sind der ideale Ersatz für Wandler, die traditionell den Einsatz von parallelen diskreten Bauelementen erfordern würden.
Leistungsmodule versus diskrete Transistoren
In Anwendungen mit mittlerer Leistung erfordern diskrete Implementierungen in der Regel mehrere Geräte pro Schaltknoten. Ob parallel oder verschachtelt, diese zusätzlichen Geräte erhöhen die Herausforderungen bei der Gestaltung von Layout, Wärmemanagement, Isolation, elektromagnetischen Störungen (EMI) und Zuverlässigkeit. Der entscheidende Vorteil von Leistungsmodulen besteht darin, dass sie darauf ausgelegt sind, die Komplexität dieser Herausforderungen zu reduzieren und (insbesondere beim Austausch einer Reihe diskreter Transistoren) die Systemdesign-Belastung erheblich zu verringern. Abbildung 1 zeigt konzeptionell den Leistungsbereich, der für die WPAC-Familie geeignet ist; die Komplexität diskreter Lösungen nimmt mit Leistungsstufen über 10 kW zu, wodurch die Kosten der WolfPACK-Familie attraktiver werden.
Abbildung 1: Das Wolfspeed Wolfpack-Modul ist für Leistungsbereiche über ein einzelnes diskretes MOSFET hinaus ausgelegt und vereinfacht das Design des Wärmemanagements und des Systemlayouts.
Typische Herausforderungen bei der diskreten Gestaltung von mittelgroßen Stromversorgungssystemen
Beim Entwurf eines Konverters mit diskreten Komponenten müssen Designer die erforderlichen Transistor-Spezifikationen sorgfältig berücksichtigen (wie Sperrspannung, Strombelastbarkeit, Durchlasswiderstand und Schaltenergien). Die Auswahl der Bauelemente stellt in der Regel eine erhebliche Designherausforderung dar, und aufgrund von Gehäusebeschränkungen begrenzen diskrete Bauelemente die Skalierbarkeit. Das bedeutet, dass eine Erhöhung der Leistungsanforderungen des Systems oder das Design einer höherwertigen Variante eines Konverters in der Regel umfangreiche Neuentwicklungen erfordert. Zudem wären neue Transistoren mit höherer Spannung/Stromstärke notwendig, verbunden mit einer Wiederholung der Bauelementauswahl. Neue Lösungen für die Wärmeableitung, das PCB-Layout sowie mechanische Designs sind oft erforderlich, um das Gehäuse anzupassen.
Wenn stattdessen der Weg gewählt wird, zusätzliche Transistoren parallel einzubauen, bringt dies eine neue Reihe von Herausforderungen mit sich. Zum Beispiel wird zusätzlicher Platz für die neuen Bauteile, deren Wärmemanagement und periphere Komponenten (wie Gate-Treiber und passive Bauelemente) benötigt. Zusätzliche Herausforderungen beim Layout entstehen, da unausgeglichene Induktivitäten zwischen parallelen Transistoren zu höheren Verlusten, Spannungsspitzen und einer verkürzten Lebensdauer führen können. Mit anderen Worten kann die erhebliche Skalierung der Ausgangsleistung eines diskreten Umrichters ebenso herausfordernd sein wie die Konstruktion eines neuen Umrichters.
Vermeidung häufiger Fehlerquellen bei mittelstarken Designs: Verringerung der Streuinduktivität
Die Reduzierung der Streuinduktivität ist entscheidend für die Konverterauslegung. Leiterbahnen auf der Leiterplatte, Gehäuse, Steckverbinder, Schnittstellen, Anschlussdrähte und Kabel tragen alle zur Induktivität bei, und die Leistungs- und Gate-Schleifen müssen sorgfältig konstruiert werden. Besonders kritisch ist die Induktivität, die Gate- und Leistungs-Schleifen miteinander koppelt und sowohl mit den Leistungsquellen- als auch Signalleitungsanschlüssen gemeinsam ist (d. h. gemeinsame Quelleninduktivität). Gehäuse, die eine separate Kelvin-Verbindung bieten, werden in der Regel bevorzugt, da sie jede externe LCS eliminieren können. Obwohl diese Überlegungen schon immer in der Konverterentwicklung wichtig waren, spielen diese Induktivitäten bei der Nutzung der hohen di/dt-Werte von SiC-Transistoren eine noch kritischere Rolle. Der Grund dafür liegt darin, dass das di/dt, das durch das Schalten der MOSFETs erzeugt wird, eine Spannung über die parasitären Induktivitäten induziert (VL = L × di/dt), wodurch die Spannungsspitzen am Drain des MOSFETs ansteigen. Deshalb hängt die erforderliche Marge zwischen Busspannung und MOSFET-Sperrspannung direkt mit der Schaltgeschwindigkeit und der parasitären Induktivität zusammen. Da die Schaltgeschwindigkeit auch mit den Schaltverlusten korreliert, ist es weit sinnvoller, die parasitäre Induktivität zu reduzieren, als die Schaltgeschwindigkeit zu verringern. Diese Effekte verschärfen sich beim Parallelschalten von Bauteilen, da während der Schaltübergänge erhebliche Stromungleichgewichte auftreten können.1
Die Implementierung von Powermodulen beseitigt viele dieser Konstruktionsherausforderungen, da die Optimierung von Leistungs- und Gate-Schleifen erleichtert wird, da ein Großteil der erforderlichen Entwicklung bereits innerhalb der Module abgeschlossen ist. Dies verringert die Komplexität des Wandlermodells und vereinfacht Änderungen am Layout. Designer können zudem zuverlässige Faustregeln für das Modul-Layout in Wolfspeed's Design Library finden.2
Vermeidung häufiger Fehlerquellen bei mittelstarken Designs: Vereinfachtes Wärmemanagement
Diskrete Bauteile benötigen im Allgemeinen eine Spannungsisolation zwischen ihrer thermischen Schnittstelle und dem Wärmemanagementsystem. Das liegt daran, dass der Kühlkörper oder die Kaltplatte geerdet ist, während die diskreten Komponenten hohen Spannungen ausgesetzt sind. Leistungsmodule eliminieren die Notwendigkeit, zusätzliche Isolierung zu entwerfen, indem die Bauteile auf einem geeigneten Keramikmaterial mit Kupferschichten (allgemein als Direktgebundenes Kupfer oder DBC bezeichnet) montiert werden. Der traditionelle Aufbau im Design von Leistungsmodule besteht darin, diese DBC an einer metallischen (oder zusammengesetzten) Grundplatte zu befestigen, die Befestigungspunkte für die Verschraubung des Moduls auf einem Kühlkörper oder einer Kaltplatte enthält. Es ist Vorsicht beim Montieren der Grundplatte geboten, da ungleichmäßiger Druck oder unzureichendes/übermäßiges Wärmeleitmaterial (TIM) den thermischen Widerstand zwischen Modul und Wärmemanagementsystem erhöhen kann.
Für eine gute Wärmeübertragung zwischen diesen Schnittstellen sind zwei Hauptfaktoren erforderlich: der thermische Widerstand (Rth) und der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE).
Der Rth ist ein Modell dafür, wie leicht Wärme von einer Schnittstelle zur anderen übertragen wird – ein höherer Rth bedeutet, dass weniger thermische Energie (oder Leistungsverlust) aus der Wärmequelle abgeführt werden kann. Der Wert des thermischen Widerstands hängt von der Kontaktfläche, der Wärmeleitfähigkeit des Materials und der Dicke der Schicht ab. In einem Leistungsmodule mit Grundplatte müssen sowohl der RJC, also der thermische Widerstand zwischen dem Transistoranschluss und dem Gehäuse (Grundplatte), als auch der thermische Widerstand zwischen dem Gehäuse und dem Kühlkörper berücksichtigt werden. Um den RJC zu reduzieren, eliminieren die neuen Wolfspeed WolfPACK Module die Grundplatte und ermöglichen eine direkte Kühlung des DBC-Substrats. Dies ermöglicht eine erhöhte Wärmeübertragung vom Transistor, wodurch die Chip-Anschlusstemperatur für eine gegebene Leistungsstufe gesenkt wird (Abbildung 2).
Abbildung 2: Vergleich der klassischen, auf einer Grundplatte montierten Chip-Topologie (links) und der Grundplatten-losen Wolfspeed Wolfpack-Modul-Topologie (rechts).3
Typischerweise wird der CTE (Wärmeausdehnungskoeffizient) eines SiC-Chips (4,0 × 10–6/K) an den CTE des Keramiksubstrats angepasst, welches normalerweise aus Aluminiumitrid (AlN: 4,5 × 10–6/K) oder Aluminiumoxid (Al2O3: 8,2 × 10–6/K) besteht. Die Basisplatte hingegen besteht in der Regel aus Kupfer (Cu: 16,5 × 10–6/K) oder einem Al-SiC-Verbundwerkstoff (8,4 × 10–6/K) aus mechanischen Gründen. Dieses Ungleichgewicht, zusammen mit der starren Bondschicht zwischen der DBC und der Keramik, kann erhöhte Spannungen an den Verbindungsstellen dieser Materialien verursachen. Diese thermomechanischen Spannungen, die auf der großen Schnittstelle zwischen der DBC und der Basisplatte wirken, können Lötstellenermüdung und Brüche hervorrufen. Ausreichende thermische Zyklen können Delaminationen der Lötstelle verursachen (was den thermischen Widerstand erheblich erhöht) oder sogar die spröde keramische DBC brechen, was zu Modulausfällen führt.4,5
Das einzigartige, basisplattenlose Design des Wolfspeed WolfPACK eliminiert diesen mechanischen Ausfallpunkt, indem es die unflexible Verbindung zu dem nicht übereinstimmenden Material beseitigt. Die Montageschrauben der Basisplatte werden durch Metalllaschen ersetzt, die am Kunststoffgehäuse ziehen und die Kraft gleichmäßig über das Substrat verteilen. Da das Interface zwischen DBC und Kühlkörper aus flexiblem Fett besteht (statt aus starrem Lot), kann es eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen den Materialien ermöglichen, ohne erheblichen Stress zu verursachen. Zusätzlich zu dem Zuverlässigkeitsvorteil gegenüber manuellen und automatischen Lötprozessen (siehe Tabelle 1) senken diese Metalllaschen mit Presssitz die Montagekosten für Leistungsmodule deutlich. Dieser Befestigungsansatz vereinfacht das Design des thermischen Systems, da er die Montage einer beliebigen Anzahl von Modulen und anderen Komponenten an einem einzigen Kühlkörper oder einer Kaltplatte erleichtert.
| Prozess | Leitungsdurchmesser (mm2) | Ausfallrate λ ref in FIT(1) | Anmerkungen: Normen/Richtlinien | |
|---|---|---|---|---|
| Löten | Manuell Automatisch | - | 0.5 0.05 | IPC 6102, Klasse 2 |
| Press-Fit | 0.3 bis 1 | 0.005 | IEC 60352-5 | |
| Drahtbonding für Hybrid-Schaltungen | Al Au | . | 0.1 0.1 | 28 µm / Keilbond 25 µm / Keilbond |
| Wickeln | 0.05 bis 0.5 | 0.25 | DIN EN 60352-1 / IEC 60352-1 CORR1 | |
| Crimpen | Manuell Automatisch | 0.05 bis 300 | 0.2 | DIN EN 60352-1 / IEC 60352-2 A 1+2 |
| Klips | 0.1 bis 0.5 | 0.2 | DIN 41611-4 | |
| Isolations-Piercing-Verbinder | 0.05 bis 1 | 0.25 | IEC 60352-3 / IEC 60352-4 | |
| Schrauben | 0.5 bis 16 | 0.5 | DIN EN 60999-1 | |
| Klemmen (Federkraft) | 0.5 bis 16 | 0.5 | DIN EN 60999-1 | |
| 1) 1 FIT = 1 x 10-9 1/h; (ein Ausfall pro 109 Bauteilstunden) | 2) Annahmebedingungen für Leiterplatten | ||||
Tabelle 1: Ausfallraten für verschiedene Kontakttechnologien. (Quelle: Siemens-Norm SN 29500-5/Ausgaben 2004-06 Teil 5)
Wie kann ein Designer die Leistung mit dem Wolfspeed WolfPACK skalieren?
Die Hochleistungs-/Hochstromfähigkeiten der Wolfspeed WolfPACK-Module vereinfachen wesentlich das Design von Mittelklasse-Leistungsumrichtern (bis zu 100 kW). Ihre einfache Implementierung macht sie skalierbarer, und ihr kompakter Platzbedarf ermöglicht eine höhere Leistungsdichte im Vergleich zu diskreten Komponenten und traditionellen Leistungsmodule. Die Wolfspeed WolfPACK-Module sind in einer Vielzahl unterschiedlicher Spezifikationen und Konfigurationen erhältlich, was die schnelle Entwicklung vieler Stromsystemtypen ermöglicht, die einfach aufgebaut und gewartet werden können und im Einsatz äußerst zuverlässig sind. Mit einer maximalen Drain-Source-Spannung (VDS) von 1.200 V und einem kontinuierlichen Gleichstrom-Drainstrom (ID) von 30 A bis zu 100 A, können diese Module problemlos als Bausteine für Mittelklasse-Leistungssysteme verwendet werden. Darüber hinaus sind die Wolfspeed WolfPACK-Module eine äußerst skalierbare Lösung, da die Systemerweiterung durch Interleaving und Parallelisierung aufgrund des Moduldesigns erheblich vereinfacht wird.
DC/DC-Wandler mittlerer Leistung sind in einer Vielzahl von Anwendungen notwendig, einschließlich EV-Laden, Solarenergietransfer/-speicherung und Stromversorgung. Ein mehrphasiger, verschachtelter, bidirektionaler DC/DC-Wandler kann beispielsweise durch das parallele Anschließen einer beliebigen Anzahl von Leistungsphasenbeinen realisiert werden, um die maximale Ausgangsstrom-/Leistungsfähigkeit zu skalieren und gleichzeitig die Stromwelligkeit zu reduzieren (Abbildung 3). Die Steuersignale für die Schalter eines dreiphasigen verschachtelten DC/DC-Wandlers sind um 120° phasenverschoben, um niederfrequente Oberschwingungen zu eliminieren. Eine Verschachtelung kann mit nur geringfügigen Änderungen am Controller und am thermischen System erreicht werden. Die Ausgangsleistung kann mehr als 60 Kilowatt erreichen und bleibt dennoch deutlich unter der maximalen Sperrschichttemperatur des SiC-Chips, wodurch das System über seine gesamte Betriebsdauer zuverlässig funktionieren kann. Die Verschachtelung ist eine gute Strategie, um einige der Herausforderungen beim Parallelbetrieb von Geräten zu vermeiden, während gleichzeitig die Systemleistung verbessert und die Größe der Ausgangsinduktivität reduziert wird.
Abbildung 3: Schematische Darstellung eines grundlegenden interleaved DC/DC-Wandlers.
Dieselbe Verzahnungsmethodik kann auf eine Vielzahl von Konverter- und Wechselrichterarchitekturen angewendet werden, um die Leistung zuverlässig zu skalieren, ohne die elektrische und thermische Leistung zu beeinträchtigen. In Kombination mit den Vorteilen der SiC-Technologie und der vereinfachten Wärmeableitung der Basisplatten-losen Wolfspeed WolfPACK-Familie war die Implementierung von Konverterfamilien mit einem breiten Ausgangsleistungsbereich noch nie so einfach!
Einfache Skalierbarkeit ist eines der charakteristischen Merkmale der Wolfspeed WolfPACK-Familie von basenplattenlosen Leistungsmodulen. Wie bereits erwähnt, ist die Interleaving- oder Parallel-Schaltung von Modulen eine Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit eines Systems zu erhöhen. Eine der einfachsten Methoden, die Leistung Ihres FM3-basierten Systems zu steigern, besteht jedoch darin, einfach den GM3 in Ihre Lösung zu integrieren. Doch Skalierbarkeit dreht sich nicht nur um Leistung, sondern auch um Optionen – Optionen, die die Performance Ihrer aktuellen Lösung verbessern können, je nachdem, was Sie mit Ihrem skalierbaren System erreichen möchten.
Um zu verstehen, welche Vorteile das Einfügen des GM3 in Ihrem System bieten könnte, betrachten wir das typische 2-stufige netzgekoppelte Wechselrichter- oder AFE-System, das unten mit den folgenden Parametern gezeigt wird: 800 VDC Zwischenkreisspannung, 480 VAC Leit-zu-Leit-Effektivwert der Netzspannung, eine Umgebungstemperatur von Tamb = 50 °C und Leitungsspulen von L = 100 µH. Jeder Brückenzweig stellt ein Halbbrücken-FM3- oder GM3-Wolfspeed-Wolfpack™-Leistungsmodule dar.
Abbildung 4: 2-stufiger netzgekoppelter Wechselrichter oder AFE-System.
Für diese Studie werden wir die CAB011M12FM3 (11 mΩ) als unsere FM3-basierte Standardlösung betrachten. Mit den oben definierten Systemparametern und einem relativ hohen Schaltfrequenzbetrieb von 50 kHz kann eine Leistungswert von 75 kW erreicht werden, bevor die maximale Sperrschichttemperatur von 150 °C aufgrund der Halbleiterverluste erreicht wird.
Das Einsetzen des CAB008M12GM3 (8 mΩ) in dasselbe 75 kW / 50 kHz System zeigt weiterhin eine sehr hohe Systemeffizienz von 98,9 %, reduziert jedoch die Sperrschichttemperatur der Bauteile auf nur 114 °C. Der Betrieb der Bauteile bei dieser reduzierten Temperatur kann die Lebensdauer oder Zuverlässigkeit verbessern oder zusätzlichen Spielraum und Überlastfähigkeit bieten. Alternativ ist offensichtlich, dass Raum besteht, um die Sperrschichttemperatur zu erhöhen und damit die Leistungsfähigkeit des Systems zu steigern, was in diesem Fall auf 100 kW (50 kHz / Tj = 150 °C) erhöht werden könnte.
Weitere Leistungsverbesserungen könnten gegenüber den zuvor diskutierten Systemen erzielt werden, indem nun das CAB006M12GM3 (6 mΩ) eingesetzt wird. Ebenso könnte die Betriebsgestelltemperatur der Geräte für eine gegebene Leistung reduziert werden, oder die zusätzliche Temperaturreserve könnte anderweitig genutzt werden, entweder durch Erhöhung der Systemleistung oder sogar durch Erhöhung der Betriebsumschaltfrequenz. Eine Zusammenfassung dieser vergleichenden Studie wird unten gegeben, um die Skalierbarkeitsoptionen aufzuzeigen, die die GM3-Plattform bietet.
Abbildung 5: Ergebnisse der vergleichenden Studie, die die Skalierbarkeit des gm3 zeigen.
Auch wenn es offensichtlich ist, dass die Integration der größeren GM3-Plattform die Leistung Ihrer auf FM3 basierenden Lösung steigern könnte, wie demonstriert, ist dies nicht der einzige Vorteil, den sie Ihrer skalierbaren Lösung bieten könnte. Je nach Ihren Designzielen könnten sowohl die Senkung der Betriebstemperatur der Sperrschicht zur Erhöhung der Robustheit Ihres Systems als auch die Erhöhung der Schaltfrequenz zur Verringerung der Größe/Kosten der magnetischen Bauteile und zur Verbesserung der Regelbandbreite äußerst wünschenswerte Leistungsverbesserungen für Ihr skalierbares System sein. Unabhängig davon bietet die GM3-Plattform Entwicklern Optionen, ihr leistungselektronisches System einfach skalierbar zu gestalten.
Abbildung 6: Skalieren Sie Ihr System mühelos mit der gm3 Wolfspeed Wolfpack™ Plattform.
Abgesehen von der Vergrößerung der Modulgröße oder der aktiven Chipfläche gibt es eine weitere Taktik zur Förderung der Skalierbarkeit, nämlich die Auswahl des Material-Aufbaus des Leistungsmodule. Ohne eine Grundplatte gibt es tatsächlich nur zwei Freiheitsgrade bei dieser Auswahl, die beide wesentlich zur gesamten thermischen Widerstandsfähigkeit des Moduls beitragen – das wärmeleitende Interface-Material (TIM) und das keramische Substratmaterial. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, kann die TIM-Schicht bis zu 60% des gesamten thermischen Widerstands von der Übergangsstelle zum Kühlkörper (RthJH) ausmachen. Während der Endanwender bei der Auswahl des TIM viele Optionen hat, ist es schwierig, den Beitrag der TIM-Schicht erheblich zu beeinflussen, selbst mit einem hochleistungsfähigen Wärmeleitpastematerial. Der andere Freiheitsgrad, das keramische Substrat, kann jedoch den gesamten thermischen Widerstandswert drastisch reduzieren, wie wir im Folgenden untersuchen werden.
Abbildung 7: Typische RthJH -Verteilung
Das typische Keramiksubstrat der Wolfspeed WolfPACK-Familie ist Aluminiumoxid (Al2O3), da es ein sehr gutes Kosten-Leistungs-Verhältnis bietet, das gut zu dieser modulfamilien ohne Grundplatte passt. Kunden verstehen jedoch, dass Aluminiumnitrid (AlN) erhebliche Leistungsvorteile mit einem relativ geringen Kostenanstieg bieten kann. Mit einer 7-fach höheren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Al2O3 lassen sich die Auswirkungen leicht nachvollziehen: reduzierte thermische Widerstände, geringere Tj bei gegebenem Verlust, verlängerte Lebensdauer der PC bei gegebenen Verlusten, ermöglicht eine höhere Nutzung der SiC-Leistung.
Dies wird erneut verdeutlicht, wenn man einen zweistufigen netzgekoppelten Wechselrichter betrachtet, der mit einer Gleichspannung von 800 VDC, einer Netzspannung von 480 VAC (Effektivwert, Leiter-Leiter) und einer Umgebungstemperatur von Tamb = 50 °C sowie Leitungsinduktivitäten von L = 100 µH arbeitet. Wie in der vorherigen Skalierbarkeitsstudie ermöglicht die Verwendung eines AlN-Substrats für den 6 mΩ GM3 die Skalierung über die drei Variablen: Leistung, Schaltfrequenz und Sperrschichttemperatur. Dies schafft Lösungen für Kunden, die mehr nutzbare Stromkapazität benötigen, oder in einigen Anwendungsfällen die Betriebstemperatur der Sperrschicht senken wollen, um die Lebensdauer zu verlängern, oder eine höhere Kühlkörpertemperatur zu ermöglichen (Kostenreduzierung).
Abbildung 8: Vergleichende Studienergebnisse, die die Skalierbarkeit des gm3 demonstrieren.
Wolfspeed WolfPACK bietet ein neues Design, das auf der Geschichte der Investition in Siliziumkarbid-Technologie basiert
Die WolfPACK-Leistungsportfolios von Wolfspeed sind das Ergebnis jahrzehntelanger Investitionen in die Forschung und Entwicklung von Siliziumkarbid, kombiniert mit einem design ohne Bodenplatte, um OEMs und Designingenieuren die größtmögliche Auswahl zu bieten und Anwendungsfälle in einer Vielzahl von Industriebranchen zu unterstützen.
Größere Flexibilität und Skalierbarkeit für Designer wird durch die Unterbringung mehrerer SiC-MOSFETs in einem Gehäuse ermöglicht, das Press-Fit- sowie lötfreie Pins bietet, um eine Verbindung zu einer externen Leiterplatte herzustellen. Die Wolfspeed WolfPACK-Familie von Leistungsmodulen verfügt über anwendungsspezifische Pinbelegungen, die basierend auf der internen Anordnung der MOSFETs optimiert sind, wie z. B. Halbbrücke, Vollbrücke, Six-Pack- und Abwärts-/Aufwärts-Wandlungslayouts. Anstelle einer Grundplatte nutzt die Unterseite des Wolfspeed WolfPACK-Gehäuses ein Keramiksubstrat für eine elektrisch isolierte Modulunterseite mit Metallmontagehaken, die mit Federkraft eine Verbindung zum Kühlkörper herstellen. Dieser Ansatz verteilt den Druck gleichmäßig über die Unterseite des Moduls, um einen guten thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper sicherzustellen, während er eine stabile und robuste mechanische Verbindung zwischen Kühlkörper, Modul und Leiterplatte schafft.
Hohe Leistungsdichte in einem kleinen footprint ohne Grundplatte, kombiniert mit SiC-Technologie, ermöglicht ein kompaktes Layout, schnellere und sauberere Schaltvorgänge und bietet Designern eine Größenreduktion von bis zu 25 %. Neben dem Vorteil der Leistungsdichte vereinfachen Wolfspeed WolfPACK-Module den Systemaufbau und die Montageprozesse. Dies ermöglicht Ingenieuren, die in Anwendungen mit mittlerer Leistung arbeiten, die Leistungsdichte zu maximieren und gleichzeitig die Designkomplexität zu minimieren.
Die inhärente Einfachheit des Wolfspeed WolfPACK unterstützt ein hohes Maß an Skalierbarkeit, das dazu beiträgt, Produktionsabläufe zu beschleunigen und die Systemmontagekosten zu senken, während gleichzeitig eine große Auswahl geboten wird. Diese neuen Wolfspeed WolfPACK-Module sind in allen SiC-MOSFET-Halbbrücken- und allen SiC-MOSFET-Sechspack-Konfigurationen mit einer Vielzahl von Modulwiderstandsoptionen erhältlich.
Leistungsmodule, die Auswahl und Zuverlässigkeit bieten
Die neue Familie der Wolfspeed WolfPACK-Module bietet ein Leistungsportfolio, das ein breites Spektrum an Anwendungen für heutige Designer abdeckt – egal, ob sie an Einzel-Kilowatt-Designs oder Megawatt-Systemen arbeiten, oder alles dazwischen.
Die Grundlage dieser Module bildet Wolfspeeds branchenführende Siliziumkarbid-Technologie. Sie bieten außergewöhnlich geringe Verluste in einem kompakten Format, das sich hervorragend für Automatisierung und die Fertigung im großen Maßstab eignet, um saubere, zuverlässige Energie für Energiewandlungssysteme bereitzustellen.
Bitte besuchen Sie www.wolfspeed.com/wolfpack für weitere Informationen sowie Zugriff auf Datenblätter, Materialinhalte und Anwendungsnotizen.
Referenzen
- https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/demystifying-pcb-layout-methodologies-for-sic-gate-drivers
- https://www.wolfspeed.com/downloads/dl/file/id/1971/product/745/cpwr_an45_wolfspeed_wolfpack_trade_application_note.pdf
- https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/enabling-system-upgrades-with-sic-technology-using-industry-standard-base-plate-less-packaging
- A. Zeanh et al., „Thermomechanische Modellierung und Zuverlässigkeitsstudie eines IGBT-Moduls für eine Luftfahrtanwendung,“ EuroSimE 2008 - Internationale Konferenz über thermische, mechanische und multiphysikalische Simulationen sowie Experimente in Mikroelektronik und Mikrosystemen, Freiburg im Breisgau, 2008, S. 1–7.
- Mauro Ciappa, „Ausgewählte Ausfallmechanismen moderner Powermodule“, Microelectronics Reliability, Band 42, Ausgaben 4–5, 2002, S. 653–667, ISSN 0026-2714, https://doi.org/10.1016/S0026-2714(02)00042-2.
Artikel Tags