高性能、可擴展的電動汽車模塊和其他碳化硅 (SIC) 半導體可顯著提高電動汽車 (EV) 動力系統的效率。它們推動了電動汽車和電動巴士等電動汽車應用的發展，隨著各國政府和全球對可再生和可持續交通的倡議，這些應用的需求比以往任何時候都要大。

　　無論是電動汽車還是內燃機汽車，駕駛員都希望汽車能夠在需要時運行，并能夠行駛到目的地。這種期望已經積累了數十年，并且由于不斷的進步和改進，內燃機汽車也實現了這一期望。如今，內燃機汽車很少出現無法按預期運行的情況。

　　考慮到發動機正常運行所需的所有部件的復雜性和數量，其結果是多年來工程設計工作的杰出成果。這通常基于對可能出現的錯誤的詳細分析，許多此類故障場景在上市前都經過了詳細測試;因此，發生故障的概率大大降低。

　　隨著電動汽車的推出，內燃機的組成部件已被電子部件取代。然而，對可靠性和可用性的要求保持不變。因此，迫切需要解決可靠性、可用性和安全性問題，并提出適當的解決方案來保持這些領域的性能。

　　改用電動機是有益的，因為電力機車已被證明非常可靠。電力機車在其使用壽命內可以行駛數百萬公里，電動汽車有朝一日也可能實現類似的目標。

　　雖然在電力驅動系統的其他應用(如電力機車)中獲得的知識可能有用，但應用卻有所不同。例如，機車表現出相對恒定的功率，在停車后有一些峰值功率需求，但總體而言，保持相對穩定的負載。電動汽車有許多停靠點(例如，在交通燈或十字路口)，并且必須應對不同的速度限制，這意味著功率需求變化頻繁停止。

　　應用上的差異反映在任務配置文件中，表示車輛在特定用例中隨時間所需的功率。配置文件會根據目標受眾略作調整。它們還可以包括特定要求，例如帶拖車的上坡啟動或在賽道上進行測試的高速加速。單個用例基于頻率或里程，多個這樣的任務配置文件會產生一個考慮多種用例的綜合任務配置文件。實現這一目標的典型時間范圍是八年和 400,000 公里。

　　重要的半導體參數

　　從綜合的任務概況中，可以推導出功率半導體的重要參數，例如最大結溫或熱循環次數。還可以根據任務概況設計功率半導體模塊，并確定實現所需性能所需的 SiC 芯片數量。環境溫度(例如冷卻劑溫度)也需要考慮。此外，循環對功率半導體模塊的設計以及連接和鍵合技術的使用有深遠的影響。很快就會發現某些組件之間的傳統焊接連接是否足夠，或者是否需要其他連接技術，例如銀燒結連接，這是一種不會熔化的更強的鍵合。

　　提供的兩個圖表分別表示發生概率(計數)。圖表中橙色越多，情況發生的可能性就越大。左側繪制了與結溫相關的熱變化可能性。高結溫范圍內的熱變化更為關鍵，會影響組件壽命。右側，我們可以看到熱負荷循環對熱變化的依賴性。在這里，具有大熱負荷循環的許多循環是挑戰。與機車任務曲線的相同分析相比，多樣性是驚人的。經常發生的情況分布在整個范圍內，而不是集中在幾個點上。

　　AQG 324 對任務概況進行了更具體的陳述。它引入了分為兩個不同時間范圍的負載循環測試：開啟時間小于 5 秒的 PCsec 和開啟時間超過 15 秒的 PCmin。假設 15 秒后已經達到熱穩定狀態，尤其是對于功率半導體，因此較長的開啟周期不會導致額外的加熱。該測試被定義為故障測試，必須持續監測各種參數。

　　AQC 324 要求熱阻 (Rth) 的增幅應小于 20%，而漏源電壓 (VDS) 或反向源漏電壓 (VSD) 的增幅應低于 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(即使程度很小)也帶來了挑戰。例如，Rth 的增幅小于 10% 可能導致 VSD 發生 5% 的變化。這是由于導通電阻 (RDSon) 與溫度之間存在密切的關系。

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

　　結溫是一個重要參數，通常通過體二極管兩端的壓降間接測量。當然，這個測量是在兩個半橋(即所有邏輯開關)上進行的。

　　測試非常耗時，因為預計需要進行許多次(在 100,000 個范圍內)循環。對于具有 5 秒開啟時間和 5 秒關閉時間的 PCsec，這相當于 1,000,000 秒，相當于 12 天。對于 1,000,000 次循環，則需要 116 天。還可以預期的是，隨著結溫升高(即結溫與冷卻溫度之間的溫差增大)，循環次數會減少。

　　日立能源的RoadPak的行為如下表所示：

　　除了開/關時間行為 (ton/toff) 之外，表中還顯示了前面提到的結點與冷卻介質之間的溫差 (ΔTj) 以及達到的最大結點溫度 (T j,max)。為了獲得有意義的結果，必須對多個樣品進行測試。在這種情況下，并行使用六個模塊。

　　了解測試結果

　　理解結果的意義非常重要。冷卻介質和結溫之間的差異越大，值越小，從而縮短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和理解的。對 ton/toff 的依賴性也很明顯——這些時間越短，可以切換的循環就越多。

　　對于設計用于私人用途的電動汽車，需要 100,000-400,000 次 PCsec 循環。對于卡車、公共汽車和出租車，該值應超過 1,000,000 次循環。這些值是由車輛的不同使用壽命決定的。表格結果證實，RoadPak 滿足私人和公共/商業/工業用途的預期要求。

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