車規(guī)模塊系列（十）：模塊內部集成RC-snubber

好久不見！斷更了快五個月了，每每想寫點什么，都只是反復提筆，毫無進展。反復之間就好似這時光，流逝的背后似乎并沒有留給我們太多的東西。

上周的PCIM展，見到了之前很多朋友，寒暄之間都流露出了半導體競爭的激烈和不易。再看看各家的展臺，進口的依舊有著那份隱藏的傲氣，而國產依舊有著虛心求學的謙遜。在我看來，當下并不是優(yōu)勝劣汰，更多的是適者生存！

當下

從風光儲到新能源汽車，給到我更多的感覺是，前者相對而言看到的更多在拓撲的配置和優(yōu)化（不同三電平拓撲），后者更多的是封裝的優(yōu)化（兩電平而言，封裝的“細枝末節(jié)”會更多）。所以汽車中見到的屬封裝變動最多，之前我們也聊過好幾款封裝類型，而風光儲更多的還在基于62mm，ED3，Easy系列等封裝基礎上優(yōu)化芯片配置。

眾所周知，400V到800V平臺的演變在新能源汽車而言已經不算什么新鮮事，但是800V只是一個廣義上的電壓，具體的電池電壓或者說母線電壓可能會比它高很多，這樣就意味著越來越壓榨半導體器件的耐壓上限（雖然實際上的耐壓值會比Datasheet上的高一些），但為了可靠性而言都會要求在額定電壓之內。從電壓的維度而言，這就是為什么要求減小盡可能降低系統(tǒng)雜散電感。再加上碳化硅的“快”，電壓尖峰一直備受關注，不管是關斷尖峰還是二極管反向恢復尖峰。

除了想方設法地降低雜散電感（越來越難，或者相對性價比較低），或者是從芯片角度優(yōu)化其特性（都會伴隨著取舍），那么還有一種在風光儲很常見的抑制措施--RC Snubber。

那為什么這么常見還拿出來說事呢，那就說到今天寫這篇文章的契機了，是因為周末晚上看到了一篇歐洲PCIM展的文章，把RC snubber集成到模塊內部。

RC Snubber

與良好穩(wěn)定的Si-IGBT解決方案相比，碳化硅提供了更快的切換和更低的靜態(tài)和動態(tài)損耗。然而，快速的碳化硅開關可能會出現(xiàn)振鈴和明顯的電壓超調現(xiàn)象，這主要是由高電流瞬變和電路寄生參數引起的。所以改變寄生參數會給振蕩帶來一些改善，相對于常見的電阻和電容串聯(lián)的RC電路而言，IFX基于硅基材料制成的RC芯片如下，

電容利用蝕刻在硅晶片表面的深溝槽陣列，隨后填充電介質和高摻雜多晶硅形成。

面積為= 0.25 cm2的RC-snubber芯片電阻和電容值與尺寸相關的函數關系。

基于IFX750V SiC MOSFET的HPD模塊，上下半橋分別布置RC-snubber芯片，基板Layout如下，

RC-snubber芯片的參數為ESR=3.8Ω，ESC=4.6nF。

基于雙脈沖測試對比

基于雙脈沖測試，母線電壓VDC=400V下，得到了正向開通電流和二極管反向恢復的電壓波形，如下

可以明顯地看到，增加RC-snubber有效地抑制了陣地和電壓尖峰。電流尖峰幅值的增加是由于snubber電容放電而產生。

相同的尖峰電壓限制下，帶有RC-snubber的開通電阻能夠選得更小，開關速度可以做得更快，相應IGBT的開通損耗能夠得到降低，但對應的二極管反向恢復損耗將會增大。

同樣的，也監(jiān)控了相同關斷電阻下，關斷尖峰并沒有明顯減小，可能是電容容值取得較小。

相同電壓尖峰限制下，有無RC的損耗對比，由于帶RC的開通電阻可以取得更小，所以開關損耗能夠得到降低，

相同的驅動參數下，帶RC的由于電流尖峰幅值較高，能量相對有所增加，

所以，為了提高RC-snubber的效率，必須降低RC-snubber的峰值電流。

同時針對逆變器級別也進行了測試，由于增加了RC-snubber芯片，emi振幅降低了30 dB，對于二極管恢復可以觀察到顯著的vmax降低。因此，可以使用較低的RG,on，從而導致較低的總動態(tài)損失（26%）。這種節(jié)約效果是顯著的，表現(xiàn)在8%的rms電流或12%的結溫度。這些發(fā)現(xiàn)有助于增加rms輸出電流或減少有源芯片面積，以節(jié)省成本。

小結

今天只是想借著英飛凌關于在模塊內部增加RC-snubber的文章，表達對于能夠有新想法新思路的敬意，同時希望能夠給我們帶來一些新的思路和想法。至少，在“內卷”的當下，我們好像弄丟了太對的“異想天開”。

今天的內容希望你們能夠喜歡！

參考文獻：

"HybridPACKTM Drive Power Module with SiC- MOSFET’s and ?Monolithic RC- Snubber Chips for Optimized Power Density"--Andre Uhlemann, Nikolaj Gorte, Andreas Groove, Thomas Hunger

Infineon Technologies AG, Germany