6月11日，英特尔与震坤行共同推出英特尔^®智能物联聚合馆。这不仅是英特尔在物联网领域深度开拓市场的战略举措，也是其携手生态合作伙伴共同拓宽发展、优化解决方案的具体实践。

在持续服务和满足蓬勃发展的物联网应用场景需求的道路上，英特尔从未停止。早在2022年，英特尔便创建了聚合商的商业模式，并携手广泛的中国物联网解决方案聚合商合作伙伴，针对包括智慧交通、智慧办公、智能制造、智慧零售、智慧园区、智慧教育和智慧医疗在内的七大行业，实现对市场需求的快速响应。而今，英特尔^®智能物联聚合馆的推出，则标志着英特尔与领先行业合作伙伴在智能制造领域的进一步深耕。

英特尔公司市场营销集团副总裁、英特尔中国网络与边缘及渠道数据中心事业部总经理郭威表示：“通过与聚合商的紧密合作，英特尔将持续提升对市场动态的敏锐洞察，并拓宽在中国市场的服务版图。与此同时，我们也将不断推动技术创新，以充分满足中国市场的多元化需求。此次与震坤行的携手，无疑使英特尔实现了对于生态覆盖的进一步扩展和完善。”

作为领先的数字化的工业用品服务平台，震坤行在今年正式成为英特尔物联网解决方案聚合商。震坤行长期立足工业领域，累计合作客户10万+，为客户提供一站式的工业用品采购与管理服务，实现工业用品供应链的透明、高效、降成本。

震坤行副总裁杨昌湘表示：“更好地协同打造产业生态、服务智能制造是我们一直以来的目标。我们愿携手英特尔及硬件设备商、软件合作伙伴，以数字化为引领，以成就客户为导向，在助力中国品牌‘出海’的同时，构建一个更大规模的中国制造业体系。”

双方此次发布的英特尔智能物联聚合馆聚焦于工业领域，英特尔作为核心模块，联动合作伙伴共建智能制造的物联生态圈。可通过线下线上多入口引流，打造一个高效交易阵地，进而为客户提供一站式智能物联网解决方案。在这一创新合作模式下，英特尔将通过聚合生态系统，与OEM/ODM伙伴紧密协作，在提供渠道赋能的同时，支撑底层服务并制定技术路线；震坤行则专注于链接用户，在积极推进平台营销运营的同时，持续提供服务交付；其他软硬件合作商将深耕产品方案，持续优化解决方案、提供技术支撑。

英特尔公司网络与边缘事业部工业解决方案中国区高级总监李岩表示：“英特尔长期深耕智能制造领域，并以高可靠性与高稳定性的软硬件组合和强大的计算能力，为客户提供全面的技术解决方案和支持。我们会和生态伙伴一起持续聚合产品与方案，从而助力中小企业降低开发成本，满足不同行业、不同场景下的数字化和万物互联需求。”

在此过程中，英特尔将持续以满足严苛工业环境要求的计算平台、边缘节点参考架构、英特尔^®工业边缘洞见平台（EIS）、英特尔^®工业边缘控制平台（ECI）等软硬件为基础，辅以全方位的产业链支持，打造针对机器视觉、工业数字化、工业控制及机器人领域的工业解决方案，帮助客户实现实时检测及高精度结果，并在降低系统生产周期的同时，满足不同应用的性能需求。

英特尔与震坤行的此次合作充分彰显了双方的共同愿景：通过生态聚合，为广泛制造业客户带来卓越的产品和服务，同时为中国企业带来更多海内外市场机遇。通过此次合作，英特尔也将借助震坤行面向制造业用户的广泛影响力与大数据整合能力，更全面、更及时地感知用户需求变化与趋势，从而以用户需求为导向进行技术路线和行业标准的设计与制定。

技术的迅猛发展为各行各业带来了前所未有的机遇与挑战。展望未来，英特尔将与包括震坤行在内的更多生态伙伴一起以创新的商业模式洞察市场需求，提供更加丰富的优化解决方案和优质服务，持续助力智能制造产业升级与中国数智化转型。

关于英特尔

英特尔（NASDAQ: INTC）作为行业引领者，创造改变世界的技术，推动全球进步并让生活丰富多彩。在摩尔定律的启迪下，我们不断致力于推进半导体设计与制造，帮助我们的客户应对最重大的挑战。通过将智能融入云、网络、边缘和各种计算设备，我们释放数据潜能，助力商业和社会变得更美好。如需了解英特尔创新的更多信息，请访问英特尔中国新闻中心newsroom.intel.cn以及官方网站intel.cn。

稿源：美通社

摘要：本文提出一个用尺寸紧凑、高成本效益的DC/AC逆变器分析碳化硅功率模块内并联裸片之间的热失衡问题的解决方案，该分析方法是采用红外热像仪直接测量每颗裸片在连续工作时的温度，分析两个电驱逆变模块验证，该测温系统的验证方法是，根据栅源电压阈值选择每个模块内的裸片。我们将从实验数据中提取一个数学模型，根据Vth 选择标准，预测当逆变器工作在电动汽车常用的电压和功率范围内时的热不平衡现象。此外，我们还能够延长测试时间，以便分析在电动汽车生命周期典型电流负荷下的芯片行为。测试结果表明，根据阈压为模块选择适合的裸片可以优化散热性能，减少热失衡现象。

关键词 — 电驱逆变器，碳化硅，电动汽车，大功率

I.前言

电驱逆变器是业界公认的混动车和电动车的核心部件，从最初的几十千瓦，到现在的数百千瓦，它们对额定功率的要求越来越高。中高功率逆变器要求功率模块的标称电流高达数百至数千安培。只能通过并联多个裸片，有时并联多个子模块(在同一个封装基板上集成多个裸片)，甚至多个功率模块，才能达到如此高的电流[1]。

在这种情况下，重量、尺寸和成本是制约功率模块设计的主要因素。最初使用IGBT设计的三相半桥逆变器解决方案已经非常普及，目前采用性能更高的碳化硅功率模块设计逆变器是一种新趋势。功率模块设计通常是热性能和电性能之间的权衡与折衷。设计良好的功率模块，能够在上下桥臂开关管之间以及开关管内部裸片之间均衡分配电流，前提是它们的静态参数差异不大。此外，良好的电路布局意味着，只有裸片之间互热效应合理，热应力才能分布均衡[1]。

本文介绍一个电驱逆变器模块连续工作测温系统的开发步骤和过程，并分析了影响功率模块使用寿命的并联碳化硅裸片之间的热失衡现象。电路布局引起的寄生元件和静态参数（例如，通态电阻和阈值电压）是引起并联器件热失衡的主要因素。论文[2]中详细论述了电路布局的不对称性，它会影响栅极到源极环路，引起串联电感，并导致驱动环路不匹配，从而严重影响并联器件的动态性能。

论文[3]中描述了如何通过红外热像仪图像分析功率模块在稳态下的热失衡问题。虽然通态电阻分布范围是一个重要的静态参数，但是电阻与温度的关系将会补偿通态电阻的分布范围。事实上，芯片升温将会减轻漏源通态电阻自然分布范围引起的热失衡现象。

本文将重点讨论另一个关键参数：阈值电压 (Vth)，它对开关的导通和关断性能影响很大，从而影响功率开关的能量损耗。 两个并联芯片之间的阈压 Vth 差会导致能耗失衡，最终影响整个功率模块的性能。论文[4]详细地描述了 Vth 对开关能耗的影响，证明当 Vth 升高 500mV时，导通状态耗散功率升幅可能高达 40%。

根据这个论据，我们认为有必要建立一个能够在正常工作条件下直接测量开关温度的测温系统，以评估和表征功率模块内不同裸片的散热性能。不仅在生产线上设法最大限度缩窄工艺的参数分布范围，包括阈压 Vth的分布范围，还需要根据模块内距离最近的两个芯片之间的微小差异，在模块组装层面采取进一步的改善行动。我们利用这一概念组装了两个不同的功率模块：第一个模块叫做 GAP1，内部裸片阈压Vth的最大分布范围是250mV（围绕平均值+/- 125mV），第二个模块叫做GAP2，Vth的最大变化范围是 500mV（围绕平均值+/-250mV）。采用两个不同的开关频率进行测试：电驱逆变器的典型工作频率8kHz和12kHz。众所周知，耗散功率的增加与开关频率成正比。

 A.实验装置

我们的主要目标是设计开发一个温度测量系统，使我们能够在更接近电驱逆变器的实际应用环境中测量功率芯片的温度。因此，必须从适合的机械部件以及液压、电气和电子组件开始，使所有组件都指向上述目标。下图是已实现的最终温度测试系统的框图。

图1：完整的测温系统 – 框图

测温系统的液压部分是由冷水机、进水阀、出水阀组成，冷却液在液压管道内循环流动，为被测温装置散热。进水阀温度和流量以及水套（水箱）的外观尺寸是决定逆变器尺寸的重要参数，因为它们直接影响封装的RTH热阻率。冷却液是乙二醇和水的50%-50%混合物，这是变频冷却器回路中常见的冷却液配制方法。为了测量冷却液的流量，在被测温装置前面连接一个流量计，在我们的实验中，冷却液流量设为每分钟 3.7 升。采用温度计检测功率模块进水阀的冷却液温度何时达到65℃的参考温度。铝制散热器为功率模块散热，功率模块的栅极信号由专门的栅极驱动板提供。图 2 是测温实验设置。

图2：实验装置

下面是设备清单

表1：测试设备

B. 被测温设备和栅极驱动板设计

我们在一个连续高频工作的碳化硅三相功率模块上进行热分析。特别是，把功率模块的中间桥臂断开，将桥臂U 和桥臂 W的交流端子连接1.2mH 的电感负载，获得一个全桥拓扑（图 3）。

图3：半桥等效电路

如何通过多层结构实现驱动模块是在开发测温系统时需要重点考虑的一个因素。第一级（电源）利用DC-DC升压转换器提供+18V和5V电压，这是开关操作所需的电源。第二级（主板）包含驱动器和通断电阻，用于驱动电荷注入栅源极电容器，以免在开关过程中达到器件的击穿电压。下图是这些板的 3D 模型。

最后一级是由 Nucleo STM32 微控制器板实现的控制模块。该模块采用单极 PWM 控制方法，用相同信号驱动两个对角线上的开关。互补信号及所需的死区时间用于驱动第二对角线上的功率开关。根据负荷工况和实际工作条件，设置 PWM 信号的占空比，以获得峰值电流达到设计要求的正弦电流波形。图 4所示是 PWM 互补信号和负载电流 (460 A Imax) 的相关波形。

图4. PWM驱动信号和负载电流

图 5 ：栅极驱动板 – 电源和主板

栅极驱动板安装在功率模块上面，如上图所示。两块板子是金字塔形状和互补结构，通过排针插接在一起，以最大限度地减少走线距离、驱动板上的寄生元件和信号传播延迟。

在下图中，可以看到所使用的测试工具以及直流母线和微控制器板。因为高频电流会流经汇流排，所以，在设计阶段应特别注意汇流排的正确尺寸。板上有两个开孔，方便我们直接观察被测芯片，并用红外热像仪测量结温 (TJ) 。

图6: 电气系统概述

被测温SiC功率模块的特性如下：25℃时通态电阻典型值RdsON=1.9mΩ（每个开关），标称电流Iphase=340A，击穿电压Vb=1200V。 图 7 所示是全桥转换器的一个桥臂：每个开关都是由八个并联的裸片组成。在下图中，我们可以看到被测温器件的内部电路布局，并确定组成上下桥臂开关的八个裸片的位置。

图7: 被测器件电路布局

C. 并联芯片间的阈压差对温度不平衡的影响

测试电压和电流分别是 400V 母线电压和 200Hz 340 Arms 正弦相电流，使用8kHz和12kHz 两种开关频率测试在不同耗散功率时的热失衡现象[3]。

温度测量的目的是量化全桥 32 个芯片中温度最高和最低的芯片之间的温差，比较GAP 1 模块和GAP 2 模块在相同开关频率条件下的散热性能。

值得一提的是，为了使实验装置的测量准确度达到要求，对FLIR E-76热像仪进行了预表征测量过程，涉及的主要参数包括安装位置角度，以及与表面材料和外部光线条件相关的发射系数。在 50°C 至 175°C的稳态温度范围内，通过热板给功率模块加热来进行校准。最后，对照热板温度设定值检查NTC 读数，确保二者一致。

只有完成实验装置校准后，才开始拍摄热图像。图 8 和图 9 所示是GAP 1 模块在开关频率 12kHz时的红外热图像，同时给出了开关内每个芯片的结温测量值。

图8： 桥臂U在8kHz时的红外热图像

下图是桥臂W在开关频率12 kHz时的红外热图像。

图9: 桥臂W 在12kHz时的红外热图像

在GAP2 模块上做同样的测温实验。图中上面的八颗裸片属于上桥臂开关，而下面的八颗裸片属于下桥臂开关。在 8kHz 和 12kHz开关频率条件下，分别对GAP 1 模块和GAP 2模块进行了温度分析。下表汇总了测量分析结果，报告了每个步骤测得的最大温度和最小温度。

表二：测试结果

在GAP 1 模块中，温度最高和最低芯片的温差，在 8kHz 时为 4.4 °C，在 12kHz 时为 4.6 °C。 在根据选型标准选择 Vth 的GAP 2模块中，8kHz 时的热增量为 6.3 °C， 12kHz 时为8.7 °C。

D. 结论

测试表明，减小并联碳化硅芯片的阈压差可以极大地降低芯片之间的温差。此外，随着开关频率提高，通过减小裸片阈压差的方式降低温差的方法变得更加有效，特别是，在测试中，温差在 8kHz 时降低了 25%，在开关频率为 12kHz 时降低了近 50%。引起开关耗散功率的因素包括 Eon、Eoff 和二极管反向恢复损耗，当然还有开关频率。

从实验结果来看，对于给定的选型标准，提高开关频率降低温差的方法无论如何不如降低阈压分布范围更有效。由于测量过程中存在许多技术问题，其中包括总线过热和电源电压纹波，因此，无法在上一代电动汽车的典型标称电池电压下执行测试。预计这将会扩大温差，因此，从选型标准或器件阈压范围开始，能够预测结温热不平衡的数学模型将非常有帮助 。

参考文献

[1]A. Sitta, G. Mauromicale, V. Giuffrida, A. Manzitto, M. Papaserio, D. Cavallaro, G. Bazzano, M. Renna, S.A. Rizzo, M. Calabretta -

Paralleling Silicon Carbide MOSFETs in Power Module for Traction Inverters: a Parametric Study

[2]Szymon Bęczkowski, Asger Bjørn Jørgensen, Helong Li, Christian Uhrenfeldt, Xiaoping Dai, Stig Munk-Nielsen - Switching current imbalance mitigation in power modules with parallel connected SIC MOSFETs I. S. Jacobs and C. P. Bean, “Fine particles, thin films and exchange anisotropy,” in Magnetism, vol. III, G. T. Rado and H. Suhl, Eds. New York: Academic, 1963, pp. 271–350.

[3]Diane-Perle Sadik, Juan Colmenares, Dimosthenis Peftitsis, Jang-

Kwon Lim, Jacek, Rabkowski and Hans-Peter Nee “Experimental investigations of static and transient current sharing of  parallel-connected Silicon Carbide MOSFETs”

[4]Antonia Lanzafame, Vittorio Giuffrida “Improving Switching Performance in SiC Power Modules by Better Balancing Gate Threshold Voltage Differences”

[5]Calabretta, Michele & Sitta, Alessandro & Oliveri, Salvatore & Sequenzia, Gaetano. (2021). Silicon Carbide Multi-Chip Power Module for Traction Inverter Applications: Thermal Characterization and Modeling, 1982].

采用新型热阻增强封装的P2系列表现出超高的电气性能，支持具有挑战性的高功率应用，坚固可靠

无晶圆厂环保科技半导体公司 Cambridge GaN Devices (CGD) 开发了一系列高能效氮化镓（GaN）功率器件，致力于打造更环保的电子器件。CGD 今日推出采用新颖的芯片和封装设计的、超低导通电阻(R_DS(on)) ICeGaN™ GaN 功率 IC ，将 GaN 的优势提供给数据中心、逆变器、电机驱动器和其他工业电源等高功率应用。新型 ICeGaN™ P2系列 IC R_DS(on)低至25 mΩ，支持多kW功率应用，并提供超高效率。

ANDREA BRICCONI | CGD 首席商务官：“人工智能的爆炸性增长导致能源消耗的显著增加，促使数据中心系统设计师优先考虑将   GaN 用于高功率、高效的功率解决方案。CGD这一新系列   GaN 功率 IC   支持我们的客户和合作伙伴在数据中心实现超过100   kW/机架的功率密度，满足高密度计算的最新   TDP（热设计功率）趋势的要求。在电机控制逆变器方面，开发人员正在使用 GaN 来减少热量，获得更小、更持久的系统功率。以上两个市场正是CGD   ICeGaN 功率   IC 现在的目标市场。简化的栅极驱动器设计和降低的系统成本，再加上先进的高性能封装，使   P2 系列 IC 成为这些应用的绝佳选择。” 

ICeGaN 功率 IC 集成了米勒箝位以消除高速开关过程中的击穿损耗，并实现了0V关断从而最大限度地减少反向导通损耗，其性能优于分立 eMode GaN 和其他现有技术。新的封装提供了低至0.28 K/W的改进的热阻性能，与市场上任何其他产品比较具有相当或更加优异的性能。其双面 DHDFN-9-1（双散热器 DFN）封装的双极引脚设计有助于优化 PCB 布局和简单并联以实现可扩展性，使客户能够轻松处理高达多kW的应用。经过设计新型封装不仅提高了产量，其侧边可湿焊盘技术，更便于光学检查。

用户现在可申请 CGD 新型 P2 系列 ICeGaN 功率 IC 样品。该系列包括四款 R_DS(on)产品为25 mΩ和55 mΩ，额定电流为60 A和27 A的产品。产品采用10 mm x 10 mm封装 DHDFN-9-1和 BHDFN-9-1（底部散热器DFN）封装。与所有CGD ICeGaN产品一样，P2系列可以使用任何标准 MOSFET 或 IGBT 驱动器进行驱动。

现有2款采用新型 P2 产品演示板可供展示：一款是 CGD 与法国公共研发机构 IFP Energies nouvelles 合作开发的单相变三相汽车逆变器演示板；另一款是3kW图腾柱功率因数校正演示板。

新型 P2 系列 ICeGaN™ 产品系列 GaN 功率 IC 和演示板将于2024年6月11日至13日在德国纽伦堡举行的 PCIM 展览上首次公开展示。CGD 的展位号为7-643。欢迎用户莅临参观和了解这些产品。

关于 Cambridge GaN Devices

Cambridge GaN Devices (CGD) 致力于 GaN 晶体管和 IC 的设计、开发与商业化，以实现能效和紧凑性的突破性飞跃。我们的使命是通过提供易于实现的高能效 GaN 解决方案，将创新融入日常生活。CGD 的 ICeGaN™ 技术经证明适合大批量生产，并且 CGD 正在与制造合作伙伴和客户携手加快扩大规模。CGD 是一家无晶圆厂企业，孵化自剑桥大学。公司首席执行官兼创始人 Giorgia Longobardi 博士和 CTO Florin Udrea 教授仍与世界知名的剑桥大学高压微电子和传感器研究组 (HVMS) 保持着紧密联系。CGD 的 ICeGaN HEMT 技术背后有不断扩充的强大知识产权组合做支撑，这也是公司努力创新的结晶。CGD 团队在技术和商业方面的专业知识以及在功率电子器件市场上的大量突出表现，为其专有技术在市场上的认可程度奠定了坚实的基础。欲了解更多信息，请访问 https://camgandevices.com/zh/。