電動汽車 (EV) 的發(fā)展正不斷推動電力電子市場的創(chuàng)新，而許多國家和地區(qū)都在為電動汽車的使用提供補(bǔ)貼，電力電子行業(yè)的發(fā)展必將呈現(xiàn)蒸蒸日上的態(tài)勢。這種電動汽車接受度和使用度上的急劇提升，對充電基礎(chǔ)設(shè)施等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也極為有利。電動汽車的普及使用需要有足夠數(shù)量的充電樁來支持，這一點(diǎn)毋庸置疑。除電動汽車行業(yè)外，能源等其他領(lǐng)域也在迅速采用電力電子技術(shù)，從而積極擴(kuò)張，減少對迅速衰竭的自然資源的依賴。眾多設(shè)計(jì)工程師已預(yù)測到這樣的變化，他們已開始采用先進(jìn)的電力電子技術(shù)來打造快速、高效的設(shè)計(jì)。
保持成本效益和小尺寸，同時(shí)提高效率和系統(tǒng)性能，一貫是設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵目標(biāo)。在這樣的背景下，碳化硅 (SiC) 正逐漸成為電力電子行業(yè)的標(biāo)配。SiC 具有出色的高電流處理性能，與硅 (Si) 相比，在高開關(guān)頻率情況下的損耗相對更低，因此是一種面向未來的半導(dǎo)體材料。在充分利用這種半導(dǎo)體材料方面，功率模塊顯然更勝一籌。
模塊移除了多余的封裝/連接布線，幫助實(shí)現(xiàn)緊湊的電路，同時(shí)提高熱管理性能，因此提高了常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率，還有助于更快速的安裝應(yīng)用。無基板模塊技術(shù)已成為電力電子領(lǐng)域較為成熟的多用途封裝，如今已開始通過與碳化硅 (SiC) 的組合帶來諸多優(yōu)勢。SiC 能夠在不犧牲效率和性能的情況下，實(shí)現(xiàn)更小尺寸并優(yōu)化系統(tǒng)成本。這兩種成熟解決方案相得益彰，有望滿足設(shè)計(jì)工程師的各種要求。如想要了解 SiC 器件如何提高您現(xiàn)有設(shè)計(jì)的性能，請使用我們的 SpeedFit 模擬器。
為了滿足激增的需求，Cree 公司旗下 Wolfspeed 發(fā)布了 Wolfspeed WolfPACK，這種新型功率模塊產(chǎn)品組合，在單一并緊湊的解決方案中，將 SiC 的諸多優(yōu)勢與最新的聯(lián)接技術(shù)相結(jié)合。與市場上的多個(gè)分立式、非分立式和其他市售模塊相比，該解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)單位尺寸內(nèi)功率最大化。Wolfspeed WolfPACK 為無基板產(chǎn)品，因此重量較輕。與傳統(tǒng)的大功率基板模塊相比，能夠帶來更小的設(shè)計(jì)尺寸。
Wolfspeed WolfPACK 將提供半橋和六管集成配置。這兩種配置是最常用的配置，或者可以說是眾多電路設(shè)計(jì)中的“基本單元”。您可以通過 Wolfspeed WolfPACK 系列頁面了解關(guān)于 Wolfspeed WolfPACK 及其性能和其他規(guī)格等更多信息。
SiC 技術(shù)，掌控全局
SiC MOSFET 及二極管歷經(jīng)驗(yàn)證，能夠在支持快速非車載充電方面，滿足車主、企業(yè)和市政單位的所有共通設(shè)計(jì)目標(biāo)。與目前市面上的其他選項(xiàng)相比，基于 SiC 的解決方案發(fā)熱量更少、尺寸更小、更環(huán)保、更輕量、更耐用、更快速、更高效。
以電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施為例：SiC 技術(shù)被用于最小化充電樁的尺寸和重量，同時(shí)維持充電時(shí)間并減少整體損耗。這使得充電樁能夠被集成在多種環(huán)境之中，進(jìn)而開始推動充電樁的普及，以期未來達(dá)到類似燃油汽車加油站的普遍程度。
電動汽車正在受到大量關(guān)注，同時(shí)也有很多其他基于 SiC 的功率模塊應(yīng)用正蓄勢待發(fā)，例如，必須能夠支持快速充電的電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施以及其他高功率工業(yè)和商業(yè)負(fù)載的電網(wǎng)。借助直接與電網(wǎng)聯(lián)接的關(guān)鍵儲能系統(tǒng)，這些模塊能夠和現(xiàn)有電網(wǎng)相得益彰。這不僅能夠通過漸進(jìn)式升級換代來滿足日益增加的清潔能源的需求，還有益于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的快速擴(kuò)展。
說到清潔能源，太陽能和可再生能源正迅速成為電網(wǎng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵部分。然而，盡管更多依靠這類可替代能源資源是積極的進(jìn)步，但平衡供需仍是可再生能源行業(yè)所面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
對于太陽能解決方案來說，天氣狀況會讓光伏 (PV) 模塊產(chǎn)生的電力發(fā)生劇烈的波動。更詳細(xì)來看，這些 PV 模組提供的電力形式為直流電，且必須通過太陽能逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，這樣才能輸送到電網(wǎng)中，以供當(dāng)?shù)厥褂没騻鬏斨潦褂玫攸c(diǎn)。雖然這是一個(gè)較為繁瑣的過程，但由于無基板 SiC 模塊將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的效率較高，所以能夠簡化整個(gè)過程。此外，無基板 SiC 解決方案能夠?yàn)?PV 逆變器減少近 50% 的體積、重量以及成本[1]，同時(shí)提高效率。由于系統(tǒng)對技術(shù)的高利用率，因此效率是一大關(guān)鍵特性。
除了電動汽車和可再生能源使用案例外，無基板 SiC 技術(shù)還適用于一系列與非車用且基于發(fā)動機(jī)的應(yīng)用，特別是與電控電動機(jī)相關(guān)的方面。基于 SiC 的功率解決方案能夠?yàn)槎喾N類型的發(fā)動機(jī)和驅(qū)動裝置帶來更小的體積。從而，這種技術(shù)正迅速在工業(yè)自動化應(yīng)用的交流伺服驅(qū)動器中普及。這包括機(jī)床、物流系統(tǒng)以及機(jī)器人等。這其中很大一部分原因是無基板拓?fù)淠軌驗(yàn)檫@些行業(yè)實(shí)現(xiàn)更佳的熱性能，并提高可拓展性。
此外，基于 SiC 的功率模塊也適用于支持高效率儲能系統(tǒng)以及不間斷供電 (UPS) 系統(tǒng)中的雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這很大程度上可以歸功于模塊化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)能夠形成內(nèi)置冗余，并消除單點(diǎn)故障。無基板封裝能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供更出色的效率、更優(yōu)秀的熱管理性能以及更出色的可靠性。因此通過堆疊功率模塊即可實(shí)現(xiàn)可拓展性并提高性能，從而在降低購置成本的情況下，提高能源效率。
Wolfspeed WolfPACK 依靠數(shù)十年 SiC 投資的成果
Wolfspeed 最新功率模塊是業(yè)界領(lǐng)先的 SiC 解決方案，采用無基板設(shè)計(jì)，可支持不同功率水平的多種配置，適用領(lǐng)域包括電動汽車、可再生能源、電網(wǎng)、工業(yè)以及許多其他應(yīng)用領(lǐng)域。
具體來說，新型 Wolfspeed WolfPACK 功率模塊系列在單體內(nèi)包含多個(gè) SiC MOSFET，提供壓接式、免焊接引腳，用于連接外部 PCB。產(chǎn)品根據(jù) MOSFET 的內(nèi)部排列結(jié)構(gòu)（例如半橋、全橋、六管集成以及 Buck 降壓式/Boot 升壓式布局等）為特定應(yīng)用提供優(yōu)化的引腳分配，因此能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供極大的靈活性和可擴(kuò)展性。
與大部分高電流模塊不同，Wolfspeed WolfPACK 殼體底部不包含基板，而是采用陶瓷基片作為電絕緣導(dǎo)熱墊片，其上配有金屬貼裝緊固件，可用作散熱器的彈力接口。采用此種設(shè)計(jì)的好處在于其能夠?yàn)槟K底部均勻地分配壓力，確保與散熱器進(jìn)行充分的熱接觸，因此可為散熱器、模塊以及 PCB 之間提供穩(wěn)固的機(jī)械連接。SiC技術(shù)使得在小型無基板封裝中實(shí)現(xiàn)高功率密度，并結(jié)合緊湊布局及更簡潔、更快速的開關(guān)，可為設(shè)計(jì)人員減小近25%的尺寸。
小結(jié)
長久以來，Wolfspeed 一直推動著整個(gè)行業(yè)面向 SiC 技術(shù)的轉(zhuǎn)型。Wolfspeed WolfPACK 模塊是公司對 SiC 解決方案重要投資的成果，也代表了公司超過 17 年的 MOSFET 制造經(jīng)驗(yàn)。
Wolfspeed 正在紐約州Marcy建造全球最大的 SiC 制造工廠是最好的體現(xiàn)。該制造工廠是對公司超材料工廠 (mega materials factory) 擴(kuò)建工程的重要匹配。超材料工廠 (mega materials factory) 目前正在位于北卡羅來納州達(dá)勒姆市的公司總部進(jìn)行建設(shè)。這兩家工廠將極大地提高 Wolfspeed SiC 技術(shù)的產(chǎn)能，滿足不斷增長的需求。
隨著新型 Wolfspeed WolfPACK 模塊的推出，Wolfspeed 的功率產(chǎn)品組合現(xiàn)已覆蓋整個(gè)應(yīng)用范圍，可為設(shè)計(jì)人員提供適合各種應(yīng)用（從單千瓦設(shè)計(jì)到兆瓦系統(tǒng)）的解決方案。Wolfspeed WolfPACK 模塊不僅能夠提供出色的性能，還能提供卓越的靈活性和可擴(kuò)展性。該模塊的開發(fā)基于 Wolfspeed 業(yè)界領(lǐng)先的 SiC 技術(shù)，使其成為可靠的理想選擇。
參考資料：
[1] https://www.wolfspeed.com/news/delta-pv-inverters
關(guān)于英文原稿，敬請瀏覽：
https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/wolfspeed-wolfpack-modules-applications-and-market-overview
