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Wolfspeed擴展AEC-Q101車規級碳化矽MOSFET，推出650 V E3M系列產品

Jul 18, 2022

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電動汽車（EV）市場預期在未來十年的複合增長率 CAGR 將高達 25%，這一快速增長由環保需求及政府支持推動，並將由能滿足高效率及高功率密度要求的碳化矽（SiC）元件技術實現。

車載充電機（OBC）是當今 EV 關鍵電力電子系統之一，由 AC-DC 和 DC-DC 功率級組成。當今主流型號裡，6.6 kW 單向車載充電機憑藉 400 V 電池系統在 EV 中備受青睞。然而，雙向車載充電機的趨勢與日俱增，可支援新興的“車網互動”（V2G）服務。

Wolfspeed 新款車規級 E-系列（E3M）650 V、60 mΩ MOSFET 系列説明設計人員滿足 EV 車載充電機應用。採用 Wolfspeed 第三代 SiC MOSFET 技術，E3M0060065D 與 E3M0060065K（圖 1）的特色為高溫導通電阻低、可高速開關且電容小、體二極體反向恢復特性好、最大結溫（T_j）高達 175° C。

重要的是，這些元件通過 AEC-Q101 (Rev. E) 認證完全符合車規級標準，並可以滿足生產部件批準程式（Production Part Approval Process，PPAP）。PPAP 說明 Wolfspeed 充分理解設計人員的所有規格要求，並可實現優異的一致性，使得設計人員可對元件生產過程保持充分信心。

圖 1：E3M0060065D 與 E3M0060065D 為無鹵素、RoHS 合規器件，滿足 AEC-Q101 車規級標準並可以滿足PPAP。

Two images side by side. To the left is a close-up product shot of the E3M0060065D MOSFET, with illustrated circuit diagram. In the middle are icons showing that the products are halogen free and RoHS compliant. To the right is a second product shot, showcasing the E3M0060065K and an illustrated circuit diagram. — 圖 1：E3M0060065D 與 E3M0060065D 為無鹵素、RoHS 合規器件，滿足 AEC-Q101 車規級標準並可以滿足PPAP。

與市場上現有的 650 V SiC MOSFET 相比，Wolfspeed E3M 650 V SiC MOSFET 技術能讓系統因損耗更低而在運行時溫度更低，從而在終端應用中顯著提高效率（圖 2）。更低的損耗同時使得元件溫度下降，可降低系統級熱管理成本並提高系統級功率密度。

圖 2：由於 Wolfspeed 器件可提供更高的效率和更低的損耗，這些器件運行時的溫度明顯低於競品 SiC MOSFET。

Three images side by side. To the left is a line graph showing how the Wolfspeed 650V SiC MOSFET is more efficient than our competitors. The middle image is a heat-map showing the case temperature of a Wolfspeed 650V SiC MOSFET: 74.9°C. The image to the right is a heat map of our competitors case: 97.3°C. Wolfspeed's MOSFETs are more efficient and cooler. — 圖 2：由於 Wolfspeed 器件可提供更高的效率和更低的損耗，這些器件運行時的溫度明顯低於競品 SiC MOSFET。

為您的設計選擇封裝

Wolfspeed 新款 E-Series 650 V 60 mΩ SiC MOSFET 具有兩種不同的封裝。E3M0060065D 為三引腳 TO-247-3L 封裝，E3M0060065K 為四引腳 TO-247-4L 封裝（帶開爾文源極引腳）。開爾文源極連接可消除源極電感對驅動的影響，使開關損耗更低速度更快。

開爾文源極讓設計者能夠盡可能地利用 SiC 元件所具有的開關特性。相同裸片採用不同的封裝，因此可提供不同的性能。例如，E3M0060065D 在 I_DS 為 20 A 時總開關損耗 (E_TOTAL) 約 300 mJ；E3M0060065K 在相同情況下的 E_TOTAL 則接近 62 mJ（圖 3）。

Two line graphs. The left graph is for the E3M0060065D, and the right is for the E3M0060065K. Both graphs show clamped inductive switching energy plotted against drain current. — 圖 3：VDD = 400V 時，開關損耗與漏極電流對比圖

EV 車載充電機應用中的 E-系列 (E3M) 650 V 60 mΩ SiC MOSFET

基於 SiC MOSFET 的典型雙向設計如圖4 所示，其包括用以 AC-DC 轉換圖騰柱PFC和雙向 CLLC 諧振 DC-DC 變換器。通過採用Wolfspeed E-系列 (E3M) 650V SiC MOSFET，可以提升這兩個變化器的性能。

與全矽雙向 EV 車載充電機設計相比，Wolfspeed E-系列 (E3M) 650 V 60 mΩ SiC MOSFET 設計能顯著降低電容、磁性元件等無源元件成本，以及熱管理和外殼成本。這些成本節省主要來源於在實現更高頻率的同時提高開關頻率（F_s）的能力。例如，此 AC-DC 轉換環節開關頻率為 67 kHz。而 DC-DC 開關頻率可從全矽的 80-120 kHz 典型頻率範圍提高到基於 SiC 解決方案的 150-300 kHz。

圖 4：SiC高開關頻率能力（底部）讓設計人員可節省無源器件成本，而其高效率更可降低熱管理花費（右）。

A grid pattern of 3 images, the left side has two images stacked on on top of the other, the right side is one bar graph. The top left image is product shots of both the E3M0060065D and the E3M0060065K next to a circuit diagram of the MOSFETs. The bottom image lists their DC Link Voltage. The right image is a bar graph showing how SiC solutions are more efficient at lowering the thermal management bill. — 圖 4：SiC高開關頻率能力（底部）讓設計人員可節省無源器件成本，而其高效率更可降低熱管理花費（右）。

獲取 Wolfspeed design-in 支持

Wolfspeed 提供多個參考設計與評估套件，讓設計更加輕鬆。6.6 kW 雙向車載充電機參考設計（CRD-06600FF065N-K）可快速開啟項目並幫助 design-in 此新款 E3M 650 V SiC MOFET。

有關 E3M0060065D 與 E3M0060065K 的更多資訊，可在 E-系列介面上獲取，其提供 Wolfspeed 的車規級、符合PPAP、耐潮濕 MOSFET 系列產品資訊，該系列具有業內極為優異的開關損耗和品質因數。

References

IDTechEx, Power Electronics for Electric Vehicles 2022-2032, (https://www.idtechex.com/)
Sai Sudharshan Ravi, et al., January 2022, Utilization of Electric Vehicles for Vehicle-to-Grid Services: Progress and Perspectives (https://mdpi-res.com/d_attachment/energies/energies-15-00589/article_deploy/energies-15-00589.pdf)