高性能

、可扩展的电动汽车模块及其他碳化硅(SIC)半导体在电动汽车动力系统中提供了显著的效率提升。它们推动了电动汽车和电动巴士等电动出行应用，这些应用在政府和全球可再生及可持续出行倡议的推动下，需求比以往任何时候都更加旺盛。

　　无论是电动还是燃油动力，驾驶员都期望车辆在他们需要时能够正常工作
，并能够行驶到目的地
。这种期望是几十年来建立起来的，并且在燃油发动机车辆中由于持续的进步和改进而得以实现
。如今
，燃油发动机车辆很少出现不符合预期的情况。

　　考虑到为了使发动机如预期般运行，必须无缺陷地工作的复杂组件数量，这一结果证明了多年来卓越工程工作的出色表现。这通常基于对可能错误的详细分析，并且在市场推出前详细测试了许多这些故障场景，因此它们发生的概率大大降低。

　　随着电动车辆的引入，构成燃油发动机的组件已被电子组件所取代

。然而
，可靠性和可用性的要求保持不变。因此，迫切需要关注可靠性、可用性和安全性，并提出在这些领域保持性能的适当解决方案
。

　　转向电动马达是有益的
，因为电动机车已被证明极其可靠
。电动机车在其生命周期内可以覆盖数百万公里，而电动汽车有一天也可能实现类似成就。

　　尽管从其他电动驱动系统应用(如电动机车)中获得的知识可能有用，但应用是不同的

。例如
，机车展示了相对恒定的功率
，在停止后有一些峰值功率需求，但总体上保持相对稳定的负载。电动汽车有许多停止(例如在交通灯或交叉口)
，并且必须应对变化的限速，这意味着功率需求频繁变化。

　　应用的差异反映在任务剖面上，代表了车辆在特定使用情况下随时间所需的功率。这些剖面根据目标受众略有调整
。它们还可以包括特定要求，如带拖车上坡启动或赛道测试的高速加速。个别使用案例基于频率或里程，多个这样的任务剖面导致一个综合任务剖面，考虑了多个使用案例。实现这一目标的典型时间框架是，例如，八年和40万公里
。

　　尽管尝试覆盖所有关键操作点，但设计师必须保持现实。过度加载要求将导致个别组件过度设计，这可能反过来导致不可接受的成本。

　　重要的半导体参数

　　从综合任务剖面中，可以推导出功率半导体的重要参数，如最大结温或热循环次数。功率半导体模块也可以根据任务剖面设计
，并确定实现所需性能所需的SiC芯片数量。环境温度(例如冷却液温度)也被考虑
。此外，循环深刻影响功率半导体模块设计以及连接和键合技术的使用。很快就能看出某些组件之间的传统焊料连接是否足够
，或者是否需要其他连接技术
，如银烧结连接，一种更强的不会熔化的键合
。

　　提供的两个图示分别表示发生概率(计数)。图表中橙色越多，情况发生的可能性越大。在左边，绘制了结温相关的热变化发生概率。高结温范围内的热变化更为关键，并影响组件寿命。在右边，利发国际看到热负载循环对热变化的依赖性。这里
，具有大量热负载循环的许多循环是挑战。与机车任务剖面的相同分析相比，多样性是显著的。经常发生的情况分布在整个频谱上，而不是集中在几个点上
。

　　AQG 324对任务剖面做出了更具体的陈述。它引入了分为两个不同时间范围的负载循环测试：PCsec，开关时间小于5秒，和PCmin
，开关时间超过15秒
。假设在15秒后已经达到热稳定状态

，特别是对于功率半导体，因此更长的开关循环不会导致额外加热。测试被定义为故障测试
，必须连续监测各种参数。

　　AQG 324要求热阻(Rth)增加不超过20%，而漏源电压(VDS)或反向源漏电压(VSD)增加应低于5%。特别是在PCmin测试中，热阻变化对MOSFET中源漏电压变化的依赖性，即使很小
，也是一个挑战
。例如

，Rth增加<10%可能导致VSD变化5%。这是由于通态电阻(RDSon)与温度之间的强关系
。

　　在这些测试中
，对于具有多个逻辑开关(例如半桥模块或具有六个逻辑开关的模块)的模块，重要的是所有逻辑开关都适当加载并包括在评估中
。

　　结温是一个重要参数
，通常通过体二极管上的电压降间接测量。当然，这一测量在两个半桥上进行，即所有逻辑开关。

　　测试是耗时的，因为预期会有许多(大约100,000次)循环。在PCsec情况下
，5秒开启时间和5秒关闭时间，这相当于1,000,000秒，即12天。对于1,000,000次循环，将是116天。还可以预期，随着结温增加，即结与冷却温度之间的温差增大，循环次数减少。

　　日立能源的RoadPak行为可以在下表中看到：

　　除了开启/关闭时间行为(ton/toff)
，表中还显示了之前提到的结与冷却介质之间的温度差(ΔTj)和达到的最大结温(Tj,max)。为了获得有意义的结果，必须使用多个样品进行测试
。在这种情况下
，使用了六个模块并行
。

　　理解测试结果

　　理解结果的重要性非常重要
。冷却介质与结温之间的差异越大，值越小，这缩短了功率半导体成功完成指定循环所需的时间
。这在硅半导体领域是众所周知的。ton/toff的依赖性也很清楚——这些时间越低，可以切换的循环越多。

　　对于设计用于私人使用的电动汽车，需要100000-400000次PCsec循环。对于卡车、巴士和出租车
，该值应超过1000000次循环
。这些值源于车辆的不同寿命
。表结果确认RoadPak满足私人使用和公共/商业/工业使用的预期要求
。

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