针对OBC应用，英飞凌推出了一系列基于Si和SiC技术的器件，能够满足各种OBC应用需求。在实际应用中，如果成本是最为关键的参数，Trenchstop™5IGBT会是PFC级功率器件的首选；若效率是首要考量因素，CoolSiC™技术则是PFC级功率器件的首选技术。

对于电动汽车车载充电器OBC来说，适宜的效率和性能是关键所在。当前，大多数OBC的效率要求处于适度水平，客户对于高性价比方案的需求与日俱增。英飞凌最新推出的汽车级CoolSiC™Hybrid混合单管器件650VAIKBE50N65RF5，恰好契合了这一市场需求。该器件的优势在于集成了一个50ATrenchStop™5IGBT和一个30ACoolSiC™二极管。英飞凌的TrenchStop™5是市场上公认的顶尖快速开关IGBT技术，而SiC二极管采用了先进的芯片贴装方法，有效优化了热性能。

一、SiCHybrid混合单管器件目标应用领域

目前，应用最为广泛的单级OBC拓扑由图腾柱PFC+xLLC（或DAB）两级组成，如图1所示。其中，图腾柱PFC由一个高速半桥和一个工频整流半桥构成，可完成电网要求的功率因素校正功能以及后级所需的DC电压调整；DC/DC变换器一般由隔离变压器及其原副边的两个全桥组成，用于实现PFC级输出电压和高压电池电压间的匹配。

图1OBC典型拓扑

前文提到，应用CoolSiC™混合单管器件能够优化性价比。在具体应用中，在图腾柱PFC一级，如图2a所示，针对快管（高速半桥）位置的器件，RF5器件是理想之选。对于DC/DC原副边功率器件的选择，如图2b所示，RF5均是合适的选择，这里给出的是一个双向DC/DC变换器示例。这些位置要求功率二极管具备快速恢复能力，功率器件的开关能量要低，以确保系统能够安全、可靠、高效地运行。后文将详细介绍器件的主要特性，尤其是开关特性，以此说明Hybrid器件是这种拓扑中功率器件的合适选择。

图2a图腾柱PFC，快管使用CoolSiC™Hybrid方案

图2b高压DC/DC，原副边均使用CoolSiC™Hybrid方案

二、车规CoolSiC™Hybrid混合器件介绍

650VCoolSiC™Hybrid混合分立器件是两种公认的一流半导体技术的组合：TRENCHSETOP™5IGBT和CoolSiC™肖特基二极管G6。与具有硅续流二极管的传统双封装产品相比，这种组合显著降低了开关损耗，并且具备即插即用的特性，可以取代传统的TRENCHSETOP™5IGBT。共封装二极管的标称电流通常相对于IGBT进行规定，全额定二极管的额定电流与IGBT相近，半额定二极管的电流约为其50%。名称中字母“R”表示半额定电流碳化硅肖特基势垒二极管。

目前，车规级Hybrid产品组合有两款产品，AIKW50N65RF5和AIKBE50N65RF5，分别采用TO247-3和TO263-7两种不同的封装形式。两者的电气特性差异主要体现在二极管电流和热阻值上，如图3所示。IGBTF5具有极低的开关损耗Eon和Eoff；SiC/SBDG6几乎没有反向恢复Erec，进一步降低了IGBT的Eon。TO263封装具有开尔文Source脚，能够进一步降低引脚寄生电感，优化开关损耗Esw，并且电磁EMI性能也更为友好。

图3AIKW50N65RF5与AIKBE50E65RF5的区别

尤为值得一提的是，TO263封装产品内部芯片和引线框架间的焊接采用了英飞凌特有的.XT焊接技术，优化了热阻参数，这一重要参数将在后面详细阐述。图4总结了TO263封装的AIKBE50N65RF5的主要特点。

图4AIKBE50N65RF5的主要性能

三、CoolSiC™Hybrid混合器件开关特性

PN结二极管无法立即从导通状态转变为截止状态。在过渡阶段，它们需要进行反向恢复：二极管的阻塞电压上升，提取在导通期间积累在二极管芯片中的电子-空穴等离子体。这种被提取的等离子体被称为反向恢复电荷，会导致开关损耗，如图5所示。显然，反向恢复会造成IGBT和二极管的损耗。部分损耗可直接归因于反向恢复电荷（Qrr∙Vbus），部分则是由于电压斜率的陡峭度降低所致。由于SiCSBD二极管在导通阶段不会充满电荷载流子，因此它们无需进行反向恢复，二极管恢复能量Erec完全消除。SiCSBD二极管的反向恢复速度比SiPN二极管快得多，与硅PN结二极管相比，这大大降低了开关损耗。当关断能量Eoff基本保持不变时，开通能量Eon显著降低。图6通过仿真对比了不同二极管带来的开通能量Eon影响，受益于SiCSBD二极管的使用，开通能量Eon降低了一半。

图5二极管反向恢复损耗

图6AIKBE50N65RF5开通能量仿真，Eon降低一半

由开关能量的定义图7可知，Eoff的降低取决于运行条件：负载电流越低，开关速度越高，损耗降低就越显著。图8中提供的示例性仿真数据表明，使用AIKBE50N65RF5，即使将关断能量（Eoff）减半也是有可能的。在实际应用中，关断能量Eoff会受到DC电压、关断电流、驱动电阻电容、寄生电感等参数的影响。图9所示的仿真对比了TO247-3和TO263-7器件的关断Eoff，可见贴片器件的关断损耗优于插件封装器件。

图7：IGBT开关能量示意图

图8：AIKBE50N65RF5关断能量Eoff仿真

通过以上对比可知，Hybrid贴片封装器件的Eoff优于插件封装器件。实际上，即使与最先进的SiCMOSFET™和CoolMOS™相比，Hybrid的Eoff性能也毫不逊色。图10对比了不同技术器件的Eoff，可以看出HybridEoff和CoolMOS™相当，经过驱动优化后，Hybrid的关断能量Eoff也能够大幅缩小与SiCMOSFET的差距。

四、CoolSiC™Hybrid混合器件热阻特性

XT技术消除了标准焊接工艺所存在的典型限制。英飞凌率先采用扩散焊接工艺，通过封装从芯片到散热器建立了极为良好的热连接。与CoolSiC™相结合，这可以将芯片的散热能力提高30%，或将工作温度降低15K，同时将芯片的结-壳热阻优化25%。此外，还能够实现更高的电流输出和更低的工作温度，这不仅提升了系统的输出电流能力，还延长了器件的使用寿命。AIKBE50N65RF5采用了这项独特的扩散焊接工艺，改善了器件的热阻，提高了器件的性能、可靠性和寿命。图11对比了扩散焊接和传统软焊接工艺及其带来的热性能提升。

图11AIKBE50N65RF5热阻Rthjc/Zthjc性能

总结

本文简要介绍了CoolSiC™Hybrid混合功率器件在OBC中的典型应用，并结合仿真，详细阐述了AIKBE50N65RF5器件的相关性能，尤其是OBC应用中备受关注的开关损耗问题。AIKBE50N65RF5在开关能量Esw和热阻Rthjc两方面均表现出色，其开关性能可与SiCMOSFET、CoolMOS™相媲美，非常适合应用于OBC的PFC和xLLC/DAB拓扑中。综合来看，CoolMOS™Hybrid是OBC高压功率器件选择中最具性价比的方案。在未来的OBC应用中，随着技术的不断发展，碳化硅混合器件有望发挥更大的作用，为新能源汽车的发展提供更有力的支持。