随着碳化硅（SiC）技术的成熟与成本的下降，基于SiC的功率模块正逐渐成为电力电子行业的标配，包括电动汽车（EV）、可再生能源，以及基于发动机的应用。本文将为您介绍SiC的技术发展与市场应用，以及由Wolfspeed推出的WolfPACK™模块的产品特性。
SiC技术拥有更佳的性能特性
SiC具有出色的高电流处理性能，与硅（Si）相比，在高开关频率情况下的损耗相对更低，因此是一种面向未来的半导体材料。为了充分利用SiC的材料特性，功率模块将可以提高运作效能，模块移除了多余的封装／连接布线，可实现紧凑的电路，同时提高热管理性能，因此提高了常见拓扑结构的效率，还有助于更快速的安装应用。
无基板模块技术则已成为电力电子领域较为成熟的多用途封装，如今通过与SiC技术的组合所带来诸多优势，SiC能够在不牺牲效率和性能的情况下，实现更小尺寸并优化系统成本。
此外，采用SiC技术的MOSFET及二极管已经历经验证，能够在支持快速非车载充电方面，满足车主、企业和市政单位的所有共通设计目标，与目前市面上的其他选项相比，基于SiC的解决方案发热量更少、尺寸更小、更环保、更轻量、更耐用、更快速、更高效。
SiC技术效率更高应用日广
以电动汽车充电基础设施为例，SiC技术能用于最小化充电桩的尺寸和重量，同时维持充电时间并减少整体损耗，这使得充电桩能够被集成在多种环境之中，从而开始推动充电桩的普及，以期未来达到类似燃油汽车加油站的普遍程度。
若将SiC技术应用于太阳能解决方案，由于天气状况会让光伏（PV）模块产生的电力发生剧烈的波动，且这些PV模组提供的电力形式为直流电，必须通过太阳能逆变器转换为交流电，才能输送到电网中供当地使用或传输至使用地点。虽然这是一个较为繁琐的过程，但由于无基板SiC模块将直流电转换为交流电的效率较高，所以能够简化整个过程。此外，无基板SiC解决方案能够为PV逆变器减少近50%的体积、重量以及成本，同时提高效率。
此外，无基板SiC技术还适用于一系列与非车用且基于发动机的应用，特别是与电控电动机相关的方面。基于SiC的功率解决方案能够为多种类型的发动机和驱动装置带来更小的体积，可应用在像是工业自动化应用的交流与伺服驱动器，包括机床、物流系统以及机器人等，主要原因是无基板拓扑能够为这些行业实现更佳的热性能，并提高可拓展性。
另一方面，基于SiC的功率模块也适用于支持高效率储能系统，以及不间断供电（UPS）系统中的双转换系统。这主要可以归功于模块化设计，这种设计能够形成内置冗余，并消除单点故障，无基板封装能够为设计人员提供更出色的效率、更优秀的热管理性能，以及更出色的可靠性。因此通过堆叠功率模块即可实现可拓展性并提高性能，从而在降低购置成本的情况下，提高能源效率。
具备灵活性和可拓展性的高效功率模块
为了满足市场激增的需求，Cree旗下公司Wolfspeed发布Wolfspeed WolfPACK新型功率模块产品组合，这是一种在单一并紧凑的解决方案中，将SiC的诸多优势与最新的联接技术相结合，与市场上的多个分立式、非分立式和其他市售模块相比，该解决方案能够实现单位尺寸内功率最大化。
具体来说，新型Wolfspeed WolfPACK功率模块系列在单体内包含多个SiC MOSFET，提供压接式、免焊接引脚，用于连接外部PCB。产品根据MOSFET的内部排列结构（例如半桥、全桥、六管集成以及Buck降压式／Boost升压式布局等）为特定应用提供优化的引脚分配，因此能够为设计者提供极大的灵活性和可拓展性。
与大部分高电流模块不同，Wolfspeed WolfPACK壳体底部不包含基板，而是采用陶瓷基片作为电绝缘导热垫片，其上配有金属贴装紧固件，可用作散热器的弹力接口。采用此种设计的好处在于其能够为模块底部均匀地分配压力，确保与散热器进行充分的热接触，因此可为散热器、模块以及PCB之间提供稳固的机械连接。SiC技术使得在小型无基板封装中实现高功率密度，并结合紧凑布局及更简洁、更快速的开关，可为设计人员减小近25%的尺寸。
由于Wolfspeed WolfPACK为无基板产品，因此重量较轻，与传统的大功率基板模块相比，能够带来更小的设计尺寸，此外，Wolfspeed WolfPACK是业界领先的SiC解决方案，可提供半桥和六管集成配置，适用领域包括电动汽车、可再生能源、电网、工业，以及许多其他应用领域。
结语
随着电动汽车的发展正不断推动电力电子市场的创新，能源等其他领域也在迅速采用更环保的电力电子技术，从而减少对正在迅速衰竭的自然资源的依赖，更高效率的SiC技术将推动着行业面向SiC技术转型。
基于SiC技术的Wolfspeed WolfPACK模块，可为设计人员提供适合各种应用（从单千瓦设计到兆瓦系统）的解决方案，不仅能够提供出色的性能，还能提供卓越的灵活性和可拓展性，将使其成为电力电子应用可靠的理想选择。