车规模块系列（十）：模块内部集成RC-snubber

好久不见！断更了快五个月了，每每想写点什么，都只是反复提笔，毫无进展。反复之间就好似这时光，流逝的背后似乎并没有留给我们太多的东西。

上周的PCIM展，见到了之前很多朋友，寒暄之间都流露出了半导体竞争的激烈和不易。再看看各家的展台，进口的依旧有着那份隐藏的傲气，而国产依旧有着虚心求学的谦逊。在我看来，当下并不是优胜劣汰，更多的是适者生存！

当下

从风光储到新能源汽车，给到我更多的感觉是，前者相对而言看到的更多在拓扑的配置和优化（不同三电平拓扑），后者更多的是封装的优化（两电平而言，封装的“细枝末节”会更多）。所以汽车中见到的属封装变动最多，之前我们也聊过好几款封装类型，而风光储更多的还在基于62mm，ED3，Easy系列等封装基础上优化芯片配置。

众所周知，400V到800V平台的演变在新能源汽车而言已经不算什么新鲜事，但是800V只是一个广义上的电压，具体的电池电压或者说母线电压可能会比它高很多，这样就意味着越来越压榨半导体器件的耐压上限（虽然实际上的耐压值会比Datasheet上的高一些），但为了可靠性而言都会要求在额定电压之内。从电压的维度而言，这就是为什么要求减小尽可能降低系统杂散电感。再加上碳化硅的“快”，电压尖峰一直备受关注，不管是关断尖峰还是二极管反向恢复尖峰。

除了想方设法地降低杂散电感（越来越难，或者相对性价比较低），或者是从芯片角度优化其特性（都会伴随着取舍），那么还有一种在风光储很常见的抑制措施--RC Snubber。

那为什么这么常见还拿出来说事呢，那就说到今天写这篇文章的契机了，是因为周末晚上看到了一篇欧洲PCIM展的文章，把RC snubber集成到模块内部。

RC Snubber

与良好稳定的Si-IGBT解决方案相比，碳化硅提供了更快的切换和更低的静态和动态损耗。然而，快速的碳化硅开关可能会出现振铃和明显的电压超调现象，这主要是由高电流瞬变和电路寄生参数引起的。所以改变寄生参数会给振荡带来一些改善，相对于常见的电阻和电容串联的RC电路而言，IFX基于硅基材料制成的RC芯片如下，

电容利用蚀刻在硅晶片表面的深沟槽阵列，随后填充电介质和高掺杂多晶硅形成。

面积为= 0.25 cm²的RC-snubber芯片电阻和电容值与尺寸相关的函数关系。

基于IFX750V SiC MOSFET的HPD模块，上下半桥分别布置RC-snubber芯片，基板Layout如下，

RC-snubber芯片的参数为ESR=3.8Ω，ESC=4.6nF。

基于双脉冲测试对比

基于双脉冲测试，母线电压VDC=400V下，得到了正向开通电流和二极管反向恢复的电压波形，如下

可以明显地看到，增加RC-snubber有效地抑制了阵地和电压尖峰。电流尖峰幅值的增加是由于snubber电容放电而产生。

相同的尖峰电压限制下，带有RC-snubber的开通电阻能够选得更小，开关速度可以做得更快，相应IGBT的开通损耗能够得到降低，但对应的二极管反向恢复损耗将会增大。

同样的，也监控了相同关断电阻下，关断尖峰并没有明显减小，可能是电容容值取得较小。

相同电压尖峰限制下，有无RC的损耗对比，由于带RC的开通电阻可以取得更小，所以开关损耗能够得到降低，

相同的驱动参数下，带RC的由于电流尖峰幅值较高，能量相对有所增加，

所以，为了提高RC-snubber的效率，必须降低RC-snubber的峰值电流。

同时针对逆变器级别也进行了测试，由于增加了RC-snubber芯片，emi振幅降低了30 dB，对于二极管恢复可以观察到显著的vmax降低。因此，可以使用较低的RG,on，从而导致较低的总动态损失（26%）。这种节约效果是显著的，表现在8%的rms电流或12%的结温度。这些发现有助于增加rms输出电流或减少有源芯片面积，以节省成本。

小结

今天只是想借着英飞凌关于在模块内部增加RC-snubber的文章，表达对于能够有新想法新思路的敬意，同时希望能够给我们带来一些新的思路和想法。至少，在“内卷”的当下，我们好像弄丢了太对的“异想天开”。

今天的内容希望你们能够喜欢！

参考文献：

"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