碳化硅 正在接管电动汽车中的三相牵引逆变器，将电池中的直流电转换为用于控制电机的交流电。但是，由于 SiC 能够处理更高的电压、更好的散热和更快的开关频率，因此也适用于更紧凑的电动机中的三相逆变器。其中包括数据中心的电子换向 （EC） 冷却风扇，这些风扇消耗了更多的电力来运行 AI 训练和推理，并在此过程中产生了更多的热量。
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onsemi 推出了第一代基于 SiC 的智能功率模块 （IPM），与 IGBT 相比，为这些冷却风扇带来了更高的功率密度和效率。1,200 V 模块基于其“M3”SiC MOSFET，专为减少硬开关情况下的损耗并增加短路耐受时间 （SCWT） 而设计。IPM 也是高度集成的，包括用于控制 SPM 31 封装中的 SiC MOSFET 的栅极驱动器。它们可以处理 50 W 至 10 kW 的功率。
新的 EliteSiC IPM 系列涵盖 40 至 70 A 的多个额定电流。安森美（onsemi）在佐治亚州亚特兰大举行的应用电力电子会议（APEC）上展示了这些新型功率模块。
冷却风扇：现代数据中心的必备
如今，科技巨头和初创公司正在建设巨大且越来越耗电的数据中心，以在 AI 竞赛中保持领先地位。因此，对 EC 冷却风扇的需求正在迅速增加，onsemi 表示。
高性能 AI 芯片正在消耗大量功率来处理训练和推理。作为 NVIDIA 最新 Al 加速器的核心，Blackwell GPU 在峰值负载下可消耗高达 1,200 W 的功率。
这种 AI 芯片将数据中心的功率需求从目前的 15 kW 到 30 kW 提高到每个机架 100 kW 以上。然而，在数据中心周围供电涉及电力电子器件的许多阶段，这些阶段会对其进行转换和调节，这可能会增加大量的功率损失，从而产生热量。
这种情况需要更小、更高效的冷却技术，特别是液体冷却，因为仅靠传统的空气冷却无法减轻产生的热量。虽然冷却风扇现在被广泛用于维持数据中心的最佳运行条件，但它们往往体积大且耗电。
如今，冷却约占数据中心运行所需电力的 40%。随着 AI 的需求将未来每机架功率要求推高到 200 kW 以上，这种情况只会增长。
安森美表示，通过用 SiC MOSFET 取代 IGBT，它可以为这些冷却风扇带来更高的功率密度、效率和可靠性，同时降低系统级的成本和复杂性。例如，onsemi 表示，在负载电流为 70% 时，与功率损耗为 500 W 的基于 IGBT 的 IPM 相比，在功率逆变器中集成 SiC IPM 可以将每个冷却风扇的功率和成本降低 50% 以上。
高度集成且灵活的 IPM
基于 SiC 的 IPM 内部的 6 个电源开关布置在一个三相桥中。功率逆变器有几个支路，每个支路负责控制其中一个交流输出相位中的电流。每个相位都有一个上开关和一个下开关。安森美表示，新型 IPM 为小腿提供了单独的源连接，使客户在选择控制算法时具有更大的灵活性。SiC MOSFET 的更快开关通过减少系统中的磁性元件和其他无源元件来提高功率密度。
新型 IPM 也是高度集成的，包括用于控制 SiC MOSFET 的独立高压侧栅极驱动器 IC 和其他用于保护功能的控制 IC。例如，欠压保护可防止在电压低时损坏设备。
IPM 在封装内部还有一个温度传感器，特别是热敏电阻，用于监控热情况。其他内置元件包括自举二极管和电阻器以及内部升压二极管，以增加高侧栅极驱动器的驱动电压。
基于 SiC 的 IPM 的核心创新之一是使用更先进的直接键合铜 （DBC） 基板，该基板具有非常低的热阻，有助于热性能和散热。
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