第28讲：三菱电机SiC MOSFET在铁路牵引中的应用（1）

铁路牵引变流器作为轨道交通车辆动力系统的核心部件，正朝着高可靠性、高功率密度和高效率方向发展。尽管目前IGBT仍是铁路牵引领域的主流功率半导体器件，但是SiC MOSFET模块的应用正在加速。本文重点介绍三菱电机SiC MOSFET模块的可靠性设计。

早在2011年，三菱电机就开发了1700V/1200A混合SiC模块，并将其应用在地铁牵引变流器中。2015年3300V全SiC模块开始在高速列车牵引变流器应用。如今，三菱电机3300V全SiC模块已应用在包括动车、机车、地铁等众多轨道车辆牵引变流器中，并已投入商业化运营。

以下将从高可靠性方面来阐述三菱电机面向铁路牵引领域应用的SiC MOSFET模块。

2. 高可靠性

2.1 芯片方面

如第5讲所述，SiC晶体中存在少量晶体缺陷，这些缺陷在长期通过双极性电流时使器件特性劣化，如下图1所示。特别是在需要多芯片并联的高压大电流模块中，双极性退化的风险变高。

因此为了避免双极性电流流过，三菱电机开发了两种解决方案。

解决方案①：在SiC MOSFET芯片并联SiC SBD芯片，当反向导通时，SiC SBD的正向压降低于MOSFET体二极管正向压降，因此反向电流流过SiC SBD，从而抑制体二极管的导通，避免双极性电流导通，示意图如图2所示。基于此方案开发的SiC MOSFET模块一览表见表1。

图2：SiC MOSFET芯片并联SiC SBD芯片

图3：嵌入SBD的SiC MOSFET芯片

2.2 封装方面

相对Si材料，SiC材料具有宽带隙和高热导率，我们期望SiC器件可以在更高的工作温度下运行。三菱电机高压SiC MOSFET模块支持175℃工作结温，其封装技术相对传统IGBT模块封装技术做了很大改进。图4显示了内部结构示意图，表3显示了从传统封装到高温运行SiC MOSFET模块封装的技术变更。