“安培容量”是指功率器件的電流載流量，通常是限制功率設計性能的最大因素之一。一顆在給定熱管理要求下能夠良好運行的元件，對于設計工程師而言十分重要。
功率器件能夠根據開關頻率、器件損耗機制以及從芯片結點到冷卻介質的熱管理來提供輸出電流。需要根據元件安培容量的相關參數來選擇部件。根據設計和元件規格，市場上可供選擇的產品選項屈指可數。因此，功率系統設計師要想模擬并挑選最接近安培數的器件，以滿足系統要求，同時又能優化性能與系統材料清單 (BOM)，他們的產品選擇就十分有限。
與傳統 Si 基產品相比，寬禁帶 (WBG) 半導體器件能提供相對更高的安培容量。這能夠顯著地提高高功率設計中的功率密度，正在成為此類電路設計師的首選。這類器件的導通損耗和開關損耗較低，從而在提供高安培容量方面表現出眾。碳化硅 (SiC) 是一種得到廣泛接受的寬禁帶半導體材料，憑借其以更小體積、更高效率處理更高功率的能力，能夠很好地滿足設計人員的要求。
Wolfspeed WolfPACK 是一款全 SiC 模塊，便于在單個封裝內集成電路拓撲，從而以標準尺寸為功率電路提供更高的安培容量。該模塊體積緊湊，易于安裝啟用，在相同的配置條件下，與多種分立器件相比，其在某些系統設計中的性能更為出色。這有賴于該模塊在單個基底之內整合了線路連接和封裝，因此無需進一步嵌入絕緣層，還能避免附加的寄生效應。
圖 1. Wolfspeed WolfPACK 是 Wolfspeed 最新的功率模塊，能夠提供業界領先的 SiC 解決方案，采用眾所周知且耐用的工業封裝，易于安裝應用。
現在讓我們來看以下一些條件，例如溫度、開關頻率、散熱性能等，以及其如何影響總體安培容量和功率系統性能。
溫度
模塊的額定直流電流是基于封裝的熱阻、系統熱管理方式以及最大額定結點溫度下封裝體內的電阻 (Rdson) 。隨著功率器件溫度的升高，由于溫度與 Rdson 的關系，器件會提供更低的輸出電流。SiC 功率器件的導通損耗更低，且不存在固有的電勢壓降（目前市面上相同尺寸的傳統元件存在此現象），因此 Wolfspeed WolfPACK 模塊可提供同類更優的性能。
開關頻率
開關頻率，即器件在一秒內開關的次數，通常會增加動態損耗，減少輸出電流平均承載能力。提高系統的開關頻率通常是理想的方法，因為這樣有助于采用更小的無源器件，例如電容器、濾波器、電感器等。SiC 器件具有動態損耗較低的特點，這使得電路設計人員能夠提高可用的最大開關頻率，同時維持在較高的母線電壓水平上，實現顯著高于其他 Si 基產品的功率密度參數。
散熱
顯著影響器件安培容量一大主要因素便是散熱。正如之前所述，SiC 器件的損耗更小，可在單個陶瓷基片上進行安裝，到散熱器無須進行額外的電壓隔離。這在最大程度上減少了到周圍冷卻環境的熱阻，從而為設計師帶來更簡單的系統安裝應用方式，并最小化熱管理成本和所需尺寸。
圖 2. 圖片重點展現了 Wolfspeed WolfPACK 模塊如何僅使用兩個螺栓安裝復雜的拓撲結構，安全地使用壓接引腳安裝至 PCB，以及如何給冷卻板提供陶瓷絕緣層。
安培容量
綜合上述所有因素，將決定模塊的輸出安培容量。由于 SiC 功率器件的 Rdson 和動態損耗更低，所以與傳統的半導體技術相比，其在開關應用中的有效值輸出電流更高。此外，耦合在絕緣封裝中能夠將熱阻減小至最低水平，因而相同體積下的可用電流安培數也會再度提高。再結合 Wolfspeed 功率模塊中 SiC 器件的高速受控開關，可使得傳遞到負載的 SiC 單位面積內的有效值電流達到最高數值。每個模塊中這類性能提升，將體現在更多的有效值電流、盡可能低的結溫和/或更高的系統效率等形式。
小結
如大家所見，更高的安培容量在確保面向中功率應用的模塊功率性能方面發揮著重要作用。此類應用包括但不限于電動汽車充電、鐵路牽引、工業自動化、電機驅動控制、工業電源以及可再生能源設計（例如太陽能逆變器）。這是由于較高的安培容量能夠實現靈活、可擴展的模塊，為從單千瓦到數百千瓦的功率設計提供解決方案。
Wolfspeed WolfPACK 這樣的功率模塊產品提供了最大化安培容量的整體方法，從而幫助降低成本、最小化設計復雜性以及提高總體系統性能。與此同時，還能夠簡化功率產品的原型開發和制造。
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關于英文原稿，敬請瀏覽：
https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/how-sic-devices-boost-ampacity-in-power-circuits
