高性能、可擴展的電動汽車模塊及其他碳化硅(SIC)半導體在電動汽車動力系統中提供了顯著的效率提升。它們推動了電動汽車和電動巴士等電動出行應用，這些應用在政府和全球可再生及可持續出行倡議的推動下，需求比以往任何時候都更加旺盛。

　　無論是電動還是燃油動力，駕駛員都期望車輛在他們需要時能夠正常工作，并能夠行駛到目的地。這種期望是幾十年來建立起來的，并且在燃油發動機車輛中由于持續的進步和改進而得以實現。如今，燃油發動機車輛很少出現不符合預期的情況。

　　考慮到為了使發動機如預期般運行，必須無缺陷地工作的復雜組件數量，這一結果證明了多年來卓越工程工作的出色表現。這通常基于對可能錯誤的詳細分析，并且在市場推出前詳細測試了許多這些故障場景，因此它們發生的概率大大降低。

　　隨著電動車輛的引入，構成燃油發動機的組件已被電子組件所取代。然而，可靠性和可用性的要求保持不變。因此，迫切需要關注可靠性、可用性和安全性，并提出在這些領域保持性能的適當解決方案。

　　轉向電動馬達是有益的，因為電動機車已被證明極其可靠。電動機車在其生命周期內可以覆蓋數百萬公里，而電動汽車有一天也可能實現類似成就。

　　盡管從其他電動驅動系統應用(如電動機車)中獲得的知識可能有用，但應用是不同的。例如，機車展示了相對恒定的功率，在停止后有一些峰值功率需求，但總體上保持相對穩定的負載。電動汽車有許多停止(例如在交通燈或交叉口)，并且必須應對變化的限速，這意味著功率需求頻繁變化。

　　應用的差異反映在任務剖面上，代表了車輛在特定使用情況下隨時間所需的功率。這些剖面根據目標受眾略有調整。它們還可以包括特定要求，如帶拖車上坡啟動或賽道測試的高速加速。個別使用案例基于頻率或里程，多個這樣的任務剖面導致一個綜合任務剖面，考慮了多個使用案例。實現這一目標的典型時間框架是，例如，八年和40萬公里。

　　盡管嘗試覆蓋所有關鍵操作點，但設計師必須保持現實。過度加載要求將導致個別組件過度設計，這可能反過來導致不可接受的成本。

　　重要的半導體參數

　　從綜合任務剖面中，可以推導出功率半導體的重要參數，如最大結溫或熱循環次數。功率半導體模塊也可以根據任務剖面設計，并確定實現所需性能所需的SiC芯片數量。環境溫度(例如冷卻液溫度)也被考慮。此外，循環深刻影響功率半導體模塊設計以及連接和鍵合技術的使用。很快就能看出某些組件之間的傳統焊料連接是否足夠，或者是否需要其他連接技術，如銀燒結連接，一種更強的不會熔化的鍵合。

　　提供的兩個圖示分別表示發生概率(計數)。圖表中橙色越多，情況發生的可能性越大。在左邊，繪制了結溫相關的熱變化發生概率。高結溫范圍內的熱變化更為關鍵，并影響組件壽命。在右邊，我們看到熱負載循環對熱變化的依賴性。這里，具有大量熱負載循環的許多循環是挑戰。與機車任務剖面的相同分析相比，多樣性是顯著的。經常發生的情況分布在整個頻譜上，而不是集中在幾個點上。

　　AQG 324對任務剖面做出了更具體的陳述。它引入了分為兩個不同時間范圍的負載循環測試：PCsec，開關時間小于5秒，和PCmin，開關時間超過15秒。假設在15秒后已經達到熱穩定狀態，特別是對于功率半導體，因此更長的開關循環不會導致額外加熱。測試被定義為故障測試，必須連續監測各種參數。

　　AQG 324要求熱阻(Rth)增加不超過20%，而漏源電壓(VDS)或反向源漏電壓(VSD)增加應低于5%。特別是在PCmin測試中，熱阻變化對MOSFET中源漏電壓變化的依賴性，即使很小，也是一個挑戰。例如，Rth增加<10%可能導致VSD變化5%。這是由于通態電阻(RDSon)與溫度之間的強關系。

　　在這些測試中，對于具有多個邏輯開關(例如半橋模塊或具有六個邏輯開關的模塊)的模塊，重要的是所有邏輯開關都適當加載并包括在評估中。

　　結溫是一個重要參數，通常通過體二極管上的電壓降間接測量。當然，這一測量在兩個半橋上進行，即所有邏輯開關。

　　測試是耗時的，因為預期會有許多(大約100,000次)循環。在PCsec情況下，5秒開啟時間和5秒關閉時間，這相當于1,000,000秒，即12天。對于1,000,000次循環，將是116天。還可以預期，隨著結溫增加，即結與冷卻溫度之間的溫差增大，循環次數減少。

　　日立能源的RoadPak行為可以在下表中看到：

　　除了開啟/關閉時間行為(ton/toff)，表中還顯示了之前提到的結與冷卻介質之間的溫度差(ΔTj)和達到的最大結溫(Tj,max)。為了獲得有意義的結果，必須使用多個樣品進行測試。在這種情況下，使用了六個模塊并行。

　　理解測試結果

　　理解結果的重要性非常重要。冷卻介質與結溫之間的差異越大，值越小，這縮短了功率半導體成功完成指定循環所需的時間。這在硅半導體領域是眾所周知的。ton/toff的依賴性也很清楚——這些時間越低，可以切換的循環越多。

　　對于設計用于私人使用的電動汽車，需要100000-400000次PCsec循環。對于卡車、巴士和出租車，該值應超過1000000次循環。這些值源于車輛的不同壽命。表結果確認RoadPak滿足私人使用和公共/商業/工業使用的預期要求。

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