Inbyggd Integrerat 10 kW Kraftmodul med SiC MOSFETs

Viktiga resultat som projektet gav

Vi har byggt och verifierat en låginduktiv kompakt inbyggd 10 kW kraftmodul med uppmätt parasit induktans av 7.7 nH anpassad för en modulär systemarkitektur och nästa generation av elektrisk drivlina i fordon och för energiomvandling. Induktansen är 5 ggr lägre än hos en kommersiell referensmodul med trådbondning (CAS300M12). Varje modul innehåller 4 SiC MOSFET chip och mönstrade DCB och PCB substrat. En elektriskt isolerat gate drivkrets för framtida integrering i modulen har också designats, byggts och utvärderats. Drivkretsen innehåller överström och underspännings skydd.

Långsiktiga effekter som förväntas

ANSYS Q3D användes vid design. Det uppmätta induktansvärdet stämmer med simuleringar. Termiska simuleringar av den virtuella modellen visar att max temperatur av 175 °C på modulen motsvarar en förlustenergi av 1.55 kW. Den förväntade förlustenergin är mindre än 0.5 kW vilket ger goda termiska marginaler. Viktiga lärdomar avseende val av material och byggsättsteknologi blir vägledande vid konstruktion av nästa generation av modulen. Den låga parasitinduktansen möjliggör snabbare switchning, lägre switchförluster och därmed högre verkningsgrad jämfört med standard moduler.

Upplägg och genomförande

Det krävdes ett samarbete mellan alla projektparter för att ta fram en modul design och PCB layout som kunde tillfredsställa tillämpningskrav. Byggsättsprocesser fick modifieras för att lösa problem orsakade av mekaniska spänningar i olika material (DCB och PCB). Modul design gjordes av Acreo, termiska simuleringar av IVF. MOSFET chip köptes av Acreo och PCB substrat av SEPS. IVF anskaffade DBC substrat och stod för montering av moduler. SEPS har tagit fram en drivkrets. De industriella partners bidrog med erfarenhet och kunnande. Elektrisk utvärdering sker hos industripartners.