▲ 图 4：与 EconoDUAL® 相比，XM3 平台显著减小面积和体积
XM3 平台的主要特性包括：
- 高达 32 kW/L 的高功率密度
- 高达 175 °C 的结温
- 低电感（6.7 nH）
- 开关损耗降低至五分之一以下
- 低导通损耗，无固有的拐点电压
- 高可靠性氮化硅功率衬底，增强了功率循环能力
在所考虑的 AFE 中，表 1 将 IGBT 功率模块损耗与 CAB400M12XM3 进行了比较。
▲ 表 1：损耗比较表明，与 IGBT 相比，SiC 使每个模块的损耗降低了 40%
如表 1 所示，使用 Wolfpseed SiC 技术有助于通过减少总开关损耗和导通损耗来克服第一个设计挑战，进而解决剩余的挑战。需要注意的是，Wolfspeed SiC MOSFET 固有体二极管的反向恢复电荷（Qrr）仅仅不到 Si 基方案的1% 。为了在一定程度上缓解这个问题，IGBT 模块还包括了单独的二极管，从而带来单独且额外的损耗。
▲ 图 5：XM3 将散热系统体积降低了 42%，成本降低了 70%
#7 更小、更轻的散热系统
Wolfspeed 的 SiC 技术实现的高 MOSFET 结温和 XM3 的低损耗对散热要求有立竿见影的影响。
由于每个模块的损耗为 1.11 kW，每个 EconoDUAL® 都需要安装在一个大型散热器上，每个散热器上都有一个吹吸风扇，以获得足够的气流来提高散热效率。散热系统体积为 6.4 L/模块。
鉴于损耗降低了 40%，XM3 需要更小的散热器和一个风扇就能达到同样的效果（40 °C 时）。散热系统体积仅为 3.7 L。
散热系统体积减少了 42%，同时还有另一个优势 - AFE 系统热解决方案成本降低了 70%。
#8 对无源器件的影响
通过使开关频率增加至三倍，即从 8 kHz 增加到 25 kHz，基于 SiC 基的 AFE 需要的无源器件更小（图 6）。
▲ 图 6：SiC 基 AFE 使用的电感器（左）和电容器（右）比 IGBT 基设计所需的要小得多
如前所述，所需的电感也可以减小至三分一，即从 IGBT 设计的 100 µH 减少到 30 µH。由此产生的物理尺寸减少约 37%。此外，电感器中的 I2R 损耗也降低了近 20%。
对于 AFE 示例所需的功率水平，XM3 设计中的磁性元件（包括磁芯和铜绕组）的成本比 IGBT 基 AFE 低 75%。
由于开关频率增加，对所需 DC 母线电容的影响是类似的。基于IGBT 的设计需要 1800 µF，而 基于SiC MOSFET 的设计只需要 550 µF 的电容。图 6 中的并列比较说明所需电容的体积减少了 54%。
#9 AFE 系统级比较
在系统层面上，SiC 使开关量增加至 3 倍，从而使控制带宽提升至 3 倍，这继而意味着对动态条件的响应时间更短。由于对无源器件（包括散热系统）的需求降低，促使这些组件的总计 BOM 成本降低了 37%。
SiC 基 AFE 的损耗也比 IGBT 基系统低 40%。对于一个每天 24 小时、每周 7 天连续运行的系统，这将导致每年节省 26 MWh 的能量。除了绿色认证，SiC 还能以 0.10 美元 / kWh 的成本将年度运营成本降低 2,591 美元。
除了性能、无源器件 BOM 成本和运营成本，基于 SiC 的系统在尺寸和重量上要小得多。与 IGBT 版本相比，系统体积减少了 42%（图 7）。
