車規(guī)模塊系列（十）：模塊內(nèi)部集成RC-snubber

好久不見！斷更了快五個(gè)月了，每每想寫點(diǎn)什么，都只是反復(fù)提筆，毫無(wú)進(jìn)展。反復(fù)之間就好似這時(shí)光，流逝的背后似乎并沒有留給我們太多的東西。

上周的PCIM展，見到了之前很多朋友，寒暄之間都流露出了半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)的激烈和不易。再看看各家的展臺(tái)，進(jìn)口的依舊有著那份隱藏的傲氣，而國(guó)產(chǎn)依舊有著虛心求學(xué)的謙遜。在我看來(lái)，當(dāng)下并不是優(yōu)勝劣汰，更多的是適者生存！

當(dāng)下

從風(fēng)光儲(chǔ)到新能源汽車，給到我更多的感覺是，前者相對(duì)而言看到的更多在拓?fù)涞呐渲煤蛢?yōu)化（不同三電平拓?fù)洌?，后者更多的?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/492719.html">封裝的優(yōu)化（兩電平而言，封裝的“細(xì)枝末節(jié)”會(huì)更多）。所以汽車中見到的屬封裝變動(dòng)最多，之前我們也聊過(guò)好幾款封裝類型，而風(fēng)光儲(chǔ)更多的還在基于62mm，ED3，Easy系列等封裝基礎(chǔ)上優(yōu)化芯片配置。

眾所周知，400V到800V平臺(tái)的演變?cè)谛履茉雌嚩砸呀?jīng)不算什么新鮮事，但是800V只是一個(gè)廣義上的電壓，具體的電池電壓或者說(shuō)母線電壓可能會(huì)比它高很多，這樣就意味著越來(lái)越壓榨半導(dǎo)體器件的耐壓上限（雖然實(shí)際上的耐壓值會(huì)比Datasheet上的高一些），但為了可靠性而言都會(huì)要求在額定電壓之內(nèi)。從電壓的維度而言，這就是為什么要求減小盡可能降低系統(tǒng)雜散電感。再加上碳化硅的“快”，電壓尖峰一直備受關(guān)注，不管是關(guān)斷尖峰還是二極管反向恢復(fù)尖峰。

除了想方設(shè)法地降低雜散電感（越來(lái)越難，或者相對(duì)性價(jià)比較低），或者是從芯片角度優(yōu)化其特性（都會(huì)伴隨著取舍），那么還有一種在風(fēng)光儲(chǔ)很常見的抑制措施--RC Snubber。

那為什么這么常見還拿出來(lái)說(shuō)事呢，那就說(shuō)到今天寫這篇文章的契機(jī)了，是因?yàn)橹苣┩砩峡吹搅艘黄獨(dú)W洲PCIM展的文章，把RC snubber集成到模塊內(nèi)部。

RC Snubber

與良好穩(wěn)定的Si-IGBT解決方案相比，碳化硅提供了更快的切換和更低的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)損耗。然而，快速的碳化硅開關(guān)可能會(huì)出現(xiàn)振鈴和明顯的電壓超調(diào)現(xiàn)象，這主要是由高電流瞬變和電路寄生參數(shù)引起的。所以改變寄生參數(shù)會(huì)給振蕩帶來(lái)一些改善，相對(duì)于常見的電阻和電容串聯(lián)的RC電路而言，IFX基于硅基材料制成的RC芯片如下，

電容利用蝕刻在硅晶片表面的深溝槽陣列，隨后填充電介質(zhì)和高摻雜多晶硅形成。

面積為= 0.25 cm2的RC-snubber芯片電阻和電容值與尺寸相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。

基于IFX750V SiC MOSFET的HPD模塊，上下半橋分別布置RC-snubber芯片，基板Layout如下，

RC-snubber芯片的參數(shù)為ESR=3.8Ω，ESC=4.6nF。

基于雙脈沖測(cè)試對(duì)比

基于雙脈沖測(cè)試，母線電壓VDC=400V下，得到了正向開通電流和二極管反向恢復(fù)的電壓波形，如下

可以明顯地看到，增加RC-snubber有效地抑制了陣地和電壓尖峰。電流尖峰幅值的增加是由于snubber電容放電而產(chǎn)生。

相同的尖峰電壓限制下，帶有RC-snubber的開通電阻能夠選得更小，開關(guān)速度可以做得更快，相應(yīng)IGBT的開通損耗能夠得到降低，但對(duì)應(yīng)的二極管反向恢復(fù)損耗將會(huì)增大。

同樣的，也監(jiān)控了相同關(guān)斷電阻下，關(guān)斷尖峰并沒有明顯減小，可能是電容容值取得較小。

相同電壓尖峰限制下，有無(wú)RC的損耗對(duì)比，由于帶RC的開通電阻可以取得更小，所以開關(guān)損耗能夠得到降低，

相同的驅(qū)動(dòng)參數(shù)下，帶RC的由于電流尖峰幅值較高，能量相對(duì)有所增加，

所以，為了提高RC-snubber的效率，必須降低RC-snubber的峰值電流。

同時(shí)針對(duì)逆變器級(jí)別也進(jìn)行了測(cè)試，由于增加了RC-snubber芯片，emi振幅降低了30 dB，對(duì)于二極管恢復(fù)可以觀察到顯著的vmax降低。因此，可以使用較低的RG,on，從而導(dǎo)致較低的總動(dòng)態(tài)損失（26%）。這種節(jié)約效果是顯著的，表現(xiàn)在8%的rms電流或12%的結(jié)溫度。這些發(fā)現(xiàn)有助于增加rms輸出電流或減少有源芯片面積，以節(jié)省成本。

小結(jié)

今天只是想借著英飛凌關(guān)于在模塊內(nèi)部增加RC-snubber的文章，表達(dá)對(duì)于能夠有新想法新思路的敬意，同時(shí)希望能夠給我們帶來(lái)一些新的思路和想法。至少，在“內(nèi)卷”的當(dāng)下，我們好像弄丟了太對(duì)的“異想天開”。

今天的內(nèi)容希望你們能夠喜歡！

參考文獻(xiàn)：

"HybridPACKTM Drive Power Module with SiC- MOSFET’s and ?Monolithic RC- Snubber Chips for Optimized Power Density"--Andre Uhlemann, Nikolaj Gorte, Andreas Groove, Thomas Hunger

Infineon Technologies AG, Germany