高性能、可擴展的電動出行模塊和其他碳化硅(SiC)半導體為電動汽車(EV)動力總成帶來了顯著的效率提升。在各國政府和全球對于可再生和可持續(xù)出行的倡議下，電動汽車等電動出行應用的需求比以往任何時候都要大。

無論是電力驅動還是燃油驅動，駕駛員都期望汽車能在他們需要的將他們安全帶到目的地，內燃機汽車經(jīng)過多年的不斷的進步和改進而趨近完善，直到現(xiàn)在內燃機汽車幾乎很少會出現(xiàn)問題。

隨著電動汽車的引入，組成內燃機的組件被電子元件所取代。然而，對可靠性和可用性的要求仍然相同。因此，迫切需要解決可靠性、可用性和安全性問題，并提出在這些領域保持性能的適當解決方案。

轉向電動機是有利的，因為電力機車已被證明非常可靠。電力機車在其生命周期內可以覆蓋數(shù)百萬公里，電動汽車有朝一日也可能實現(xiàn)類似的目標。

雖然在電力機車等電動驅動系統(tǒng)的其他應用中獲得的知識可以有用，但應用是不同的。例如，機車展示了相對恒定的功率，有些則在停車后需要峰值功率，但總體上保持相對穩(wěn)定的負載。電動汽車有很多停頓(例如在交通信號燈或路口)，并且必須應對不斷變化的速度限制，這意味著功率需求頻繁變化。

應用差異反映在任務配置文件中，代表了特定使用情況下車輛隨時間的功率需求。根據(jù)目標受眾稍作調整后，這些任務配置文件可以包括特定要求，例如拖車上坡啟動或賽道高速加速。個別使用案例基于頻率或里程，而多個此類任務配置文件的綜合結果就是考慮了多種使用案例的綜合任務配置文件，實現(xiàn)這一目標的典型時間框架是八年和40萬公里。

雖然試圖涵蓋所有關鍵操作點，但設計師必須保持現(xiàn)實。過度加載要求將導致個別組件的過度設計，進而可能導致不可接受的成本。

重要的半導體參數(shù)

從綜合任務配置文件中，可以推導出電力半導體的重要參數(shù)，例如最大結溫或熱循環(huán)次數(shù)。電力半導體模塊也可以基于任務配置文件進行設計，并確定所需的SiC芯片數(shù)量以實現(xiàn)所需性能。環(huán)境溫度(例如冷卻液溫度)也被考慮在內。

此外，循環(huán)對電力半導體模塊的設計以及連接和粘接技術的使用有深遠的影響。很快就會顯而易見，某些組件之間的傳統(tǒng)焊接連接是否足夠，或者是否需要其他連接技術，例如銀燒結連接，這是一種不會熔化的更強的結合。

上面插圖分別顯示了發(fā)生概率(計數(shù))。圖中橙色越多，情況發(fā)生的可能性就越大。左側，繪制了與結溫有關的熱變化的可能性。高結溫范圍內的熱變化更加關鍵，影響組件的壽命。右側，我們看到熱負荷循環(huán)對熱變化的依賴性。在這里，具有大熱負荷循環(huán)的許多循環(huán)是一個挑戰(zhàn)。與機車任務配置文件的相同分析相比，差異非常顯著。頻繁發(fā)生的情況分布在整個范圍內，而不是集中在幾個點上。

AQG 324對任務配置文件做出了更具體的說明。它引入了分為兩個不同時間范圍的負荷循環(huán)測試：PC秒，開關時間少于5秒;PC分，開關時間超過15秒。假設在15秒后，已達到熱穩(wěn)定狀態(tài)，特別是對于電力半導體，因此更長的開關循環(huán)不會導致額外的加熱。測試被定義為故障測試，必須連續(xù)監(jiān)測各種參數(shù)。

AQC 324要求熱阻(Rth)的增加應小于20%，而漏源電壓(VDS)或反向源漏電壓(VSD)的增加應低于5%。特別是在PC分測試中，熱阻變化對源漏電壓變化的依賴性，即使在小范圍內，也構成了挑戰(zhàn)。例如，Rth增加<10%可能導致VSD變化5%。這是由于導通態(tài)電阻(RDSon)與溫度之間的強烈關系。

在這些測試中，對于具有多個邏輯開關的模塊(例如半橋模塊或具有六個邏輯開關的模塊)，所有邏輯開關都必須適當加載并包含在評估中。

結溫是一個重要參數(shù)，通常通過主體二極管的壓降間接測量。當然，這個測量是在兩個半橋上進行的，即所有邏輯開關。

測試是耗時的，因為預計會有很多(在100,000范圍內)循環(huán)。在PC秒情況下，開時間5秒，關時間5秒，這相當于1,000,000秒，即12天。對于1,000,000次循環(huán)，這將是116天。還可以預期，隨著結溫的增加，循環(huán)次數(shù)會減少，即結和冷卻溫度之間的溫差越大。

日立能源的RoadPak行為可以在下表中看到：

除了開啟/關閉時間行為(ton/toff)之外，表中還顯示了之前提到的結和冷卻介質之間的溫差(ΔTj)和達到的最大結溫(Tj,max)。為了獲得有意義的結果，測試必須對多個樣本進行。在這種情況下，六個模塊并行使用。

理解測試結果

理解結果的意義非常重要。冷卻介質與結溫之間的差異越大，值越小，從而縮短電力半導體成功完成指定循環(huán)所需的時間。這在硅半導體領域是眾所周知且理解的。對ton/toff的依賴性也很明顯——這些時間越短，可以切換的循環(huán)越多。

對于設計用于私人使用的電動汽車，PC秒循環(huán)需要100,000-400,000。對于卡車、巴士和出租車，該值應超過1,000,000次循環(huán)。這些值是根據(jù)車輛的不同壽命得出的。表格結果確認RoadPak符合私人和公共/商業(yè)/工業(yè)用途的預期要求。