随着发电、储能和运输等广泛应用向电力的转变，需要构建更高性能的电气转换和控制系统，以推动电力系统的未来。为此，对更紧凑、更高功率密度和高温工作功率模块的需求更大。

　　直到最近，功率模块市场一直由硅绝缘栅双极晶体管（Si IGBT）主导。需求的转变和对更好性能的关注使得这些传统模块不太适合高功率应用，这导致了基于碳化硅的功率器件的兴起。与硅基组件相比，新型SiC组件能够在更小的空间内提供更高的电压和电流性能（功率），从而实现具有最小寄生效应和高温操作的高功率密度模块。

　　本文旨在向电源工程师和专业人士介绍功率模块中最新SiC器件与传统Si IGBT相比在现代电力电子应用中的优势。概述了两种技术的比较，并演示了三相逆变器参考设计应用中最新的全SiC功率模块的功能。

　　功率模块电子趋势！

　　功率模块在电力电子行业中越来越受到追捧，因为它们易于部署，并且通常与行业标准总线连接、控制/检测互连和商用散热器兼容。使用模块使电源系统设计人员能够专注于从电源系统中获得最大性能，而不必花费宝贵的工程时间来开发定制外壳、散热器、总线互连以及集成/调整传感和控制电子设备。

　　随着许多电力应用以惊人的速度增长，对更快、更高效地开发电力系统的需求比以往任何时候都更加增加（见图2）。对可再生能源系统、电动汽车、火车/铁路运输、包括储能在内的更高效电网系统以及保持数据中心和关键电气系统无缝运行的不间断电源（UPS）的需求，所有应用都实现了两位数的同比增长。

　　新型碳化硅器件如何超越传统硅IGBT

　　随着新应用对功率模块的需求越来越大，传统应用的进步也随之增加，因此也存在创新机会，以提高功率模块的性能和功能。传统的功率模块由Si IGBT组成，已经存在了几十年。这些Si IGBT具有特定的尺寸和功率模块结构特性，推动了对功率密度和结构限制的普遍期望。

　　然而，随着针对SiC优化的新功率模块的出现，这些标准和观念需要调整。最新的SiC晶体管是使用碳化硅半导体开发的，其带隙电压几乎是硅的三倍，临界场高出10倍以上，导热系数高出五倍以上，整体功率器件品质因数远远超过硅的能力

　　创新将碳化硅功率模块推向商业市场

　　说到电源模块，功率器件本身只是故事的一部分。组件和附属电子设备的设计和集成特性也会极大地影响整个电源模块的性能和功能。因此，需要仔细设计以优化功率器件性能，并包括最小化环路电感、促进高温操作以及考虑适当应用的互连复杂性的功能。

　　通过其最新的XM3全SiC电源模块完成了所有这些工作，并集成了多种功能，可减少电源模块的占用空间、提供更高的功率密度并减少BOM数量，同时提高性能。新的XM3 SiC模块技术的许多功能类似于高度复杂的小批量定制生产系统，但XM3模块旨在以极具竞争力的价格为大批量应用提供这样的性能和功能。

　　碳化硅模块用例和应用

　　新型XM3 SiC功率模块设计用于一系列应用，包括现代电机和牵引驱动、UPS和电动汽车充电器系统。除此之外，任何功率水平在100 kW和300 kWs之间的应用，如果遇到大磁性元件并需要大量输入和/或输出滤波器，都可以从XM3的紧凑封装和优化的母线设计实现的致密化机会中受益。

　　此外，使用Si IGBT模块时，开关速度限制在几千赫兹的系统，可以使用全SiC模块将开关速度提高几个因素。这包括数据中心电源、工厂自动化系统以及系统级成本高的其他情况，在这些情况下，提高效率和减少模块数量可以节省运营和系统级成本。此外，SiC MOSFET芯片的物理耐用性和温度操作性超过了Si IGBT芯片，这些新型功率模块非常适合在极端环境和恶劣应用中运行，例如步道、牵引和日益电气化的重型设备行业。

　　电力电子行业的增长和新的市场力量正在推动性能要求超越硅双极功率模块的技术限制。因此，已将其卓越的碳化硅技术应用于最新、功率密度最高的大批量和商用功率模块XM3 53 mm全碳化硅功率模块。这些新型XM3模块具有紧凑的占位面积、高温操作、快速开关速度能力和低电感设计，可实现更小尺寸的电源系统，效率更高，正好赶上新兴电机、转换器、逆变器和电源应用。