三菱电机于 1997 年首次向市场推出 DIPIPM(双列直插式智能功率模块)概念。该模块集成了功率半导体(含 IGBT 和续流二极管的三相逆变级)、低压集成电路(LVIC)及高压栅极驱动集成电路(HVIC)，并内置保护逻辑电路，为逆变器应用提供了高性价比解决方案。此后，三菱电机陆续推出了多款不同类型的 DIPIPM 系列产品，涵盖 600V 和 1200V 电压等级、多种输出电流规格及额外拓扑结构。其中，2015 年推出的采用 600V RC-IGBT 技术的 SLIMDIP 模块，已成为家电和低功率工业驱动领域备受青睐的 DIPIPM 产品。

近年来，降低功耗已成为行业关注的核心议题，消费级应用对高能效解决方案的需求日益迫切。为满足更高效率要求，三菱电机全新研发了两款 SLIMDIP 系列产品：一款采用碳化硅(SIC)mosfet 与 RC-IGBT 混合结构，另一款则为全碳化硅 MOSFET 结构，两者均采用 SLIMDIP 封装，额定参数为 15A/600V。

全碳化硅 SLIMDIP 与混合碳化硅 SLIMDIP 的技术原理

全碳化硅 SLIMDIP(型号：PSF15SG1G6)采用三菱电机最先进的碳化硅 MOSFET 芯片技术;混合碳化硅 SLIMDIP(型号：PSH15SG1G6)则在每个开关位置并行配置了三菱电机 RC-IGBT 芯片(IGBT 与续流二极管集成于单芯片)和最新碳化硅 MOSFET 芯片，并通过内置保护功能的先进驱动集成电路实现驱动，整体采用传递模塑封装结构。

在混合碳化硅 SLIMDIP 中，每个 RC-IGBT 芯片均与小型 MOSFET 芯片并联，通过降低开关位置的通态压降，碳化硅 MOSFET 显著优化了导通损耗性能。通过对碳化硅 MOSFET 尺寸及各器件栅极驱动参数的精准优化，MOSFET 芯片面积实现最小化，使得模块封装体积较传统硅超结 MOSFET 和硅 IGBT 解决方案减小 30%。此外，碳化硅 MOSFET 的低通态电压特性，也助力硅 RC-IGBT 实现了开关损耗的降低(如图 1 所示)。

图1

为确保全碳化硅 SLIMDIP、混合碳化硅 SLIMDIP 与传统纯 RC-IGBT 结构 SLIMDIP 的驱动兼容性和封装兼容性，三菱电机采取了两项关键设计：一是将碳化硅 MOSFET 的栅源极阈值电压(VGS (Vth))调整至适配单 15V 控制电源驱动;二是在 SLIMDIP 封装中保持一致的引脚布局和保护功能配置。

混合碳化硅 SLIMDIP 的新型延迟控制栅极驱动技术

当采用传统驱动电路驱动并联配置的碳化硅 MOSFET 芯片和 RC-IGBT 芯片时，由于碳化硅 MOSFET 可能先于 RC-IGBT 导通，容易出现硬开关现象及碳化硅 MOSFET 电流集中问题。为此，三菱电机专为混合碳化硅 SLIMDIP 研发了先进驱动集成电路，通过在 RC-IGBT 芯片与碳化硅 MOSFET 芯片的栅极驱动脉冲之间设置时间延迟，实现栅极驱动信号的时序控制(如图 2 所示)。

图2

图3

这种延迟控制技术可有效避免碳化硅 MOSFET 在导通和关断过程中的硬开关操作，从而抑制其开关损耗，实现软开关工作模式。因此，碳化硅 MOSFET 仅产生直流损耗，其芯片尺寸可进一步优化至满足应用需求的最小规格。

混合碳化硅 SLIMDIP 的静态特性

通过 RC-IGBT 芯片与碳化硅 MOSFET 芯片的并联工作，功率级的静态特性(直接影响直流损耗)得到显著提升。如图 3 所示，在低于 RC-IGBT 内置电势的低电流区域，混合碳化硅 SLIMDIP 的静态特性主要由碳化硅 MOSFET 芯片主导;而在高于 RC-IGBT 内置电势的电流区域，则由 RC-IGBT 芯片与碳化硅 MOSFET 芯片的静态特性共同决定。

家电逆变器和泵类应用通常需要长时间稳定运行在低负载工况，混合碳化硅 SLIMDIP 在全电流范围内的优化静态特性，能够精准匹配市场需求，尤其在稳定低负载运行时可提供更高能效。

全碳化硅 SLIMDIP 的静态特性与开关特性

静态特性

图 4a 和图 4b 分别展示了 15A/600V 全碳化硅 SLIMDIP 与传统 RC-IGBT 结构 SLIMDIP 的正向导通特性和反向导通特性。数据显示，全碳化硅 SLIMDIP 在全电流范围内的静态特性均优于传统 RC-IGBT SLIMDIP 系列产品。

图4

开关特性

图 5a、图 5b 和图 5c 分别展示了全碳化硅 SLIMDIP 与 RC-IGBT SLIMDIP 的导通和关断波形。正如预期，与 RC-IGBT SLIMDIP 相比，全碳化硅 SLIMDIP 具有更低的恢复损耗和导通损耗。此外，由于碳化硅 MOSFET 采用少数载流子结构，关断过程中无拖尾电流，关断损耗也得到显著改善。如图 4c 所示，全碳化硅 SLIMDIP 在全电流范围内的开关特性均优于 RC-IGBT SLIMDIP。

图5

SLIMDIP 系列产品的功率损耗对比

载波频率与允许输出电流关系

图 6 展示了在散热片温度(Tf)为 100℃、功率芯片平均工作结温(Tj)保持在 125℃安全阈值以下的条件下，有效输出电流(Io)与载波频率的关系特性。

图6

DIPIPM 的应用场景极为广泛，其工作载波频率范围通常为几 kHz 至 20kHz。如图 6 所示，全碳化硅 SLIMDIP 由于整体功率损耗显著降低，不仅在全载波频率范围内的允许输出电流大于 SLIMDIP-L(硅基 SLIMDIP)，即便与搭载更高额定电流硅 RC-IGBT 的 SLIMDIP-X(硅基 SLIMDIP，600V/20A)相比，在高载波频率下仍能提供更大的输出电流。

混合碳化硅 SLIMDIP 的损耗表现

图 7 展示了稳定低负载工况下，混合碳化硅 SLIMDIP 与传统 RC-IGBT 结构 SLIMDIP(SLIMDIP-L 和 SLIMDIP-W)的损耗对比。结果显示，与 SLIMDIP-L 和 SLIMDIP-W 相比，混合碳化硅 SLIMDIP 的总损耗分别降低了 47% 和 40%。

图7

图8

由于混合碳化硅 SLIMDIP 的直流损耗由 RC-IGBT 芯片和碳化硅 MOSFET 芯片共同承担，与传统 SLIMDIP 相比，RC-IGBT 芯片的损耗和结温均得到有效降低。因此，混合碳化硅 SLIMDIP 可进一步提升逆变器的输出电流能力，或在相同输出电流下实现更低的结温水平。如图 8 所示，当逆变器输出电流(IO)为 7.5 Arms 时，混合碳化硅 SLIMDIP 的结壳温差(ΔTj-c)可降低 34%(约 8K)。

全碳化硅 SLIMDIP 的损耗表现

全碳化硅 SLIMDIP 在稳定低负载和满负载范围内均具备能效优势。为直观展示这一优势及损耗降低效果，本文选取两种典型应用场景(不同工作条件)进行损耗计算分析：

场景一：空调应用

空调应用中，功率模块的整个使用寿命内主要以低输出电流、低开关频率为工作特征。如图 9 所示，与 RC-IGBT SLIMDIP 相比，混合碳化硅 SLIMDIP 的损耗降低幅度最高可达 40%，而全碳化硅 SLIMDIP 的损耗降低幅度最高可达 82%。

图9

图10

场景二：洗衣机应用

洗衣机应用中，功率模块的整个使用寿命内主要以高输出电流、高开关频率为工作特征。如图 10 所示，与 RC-IGBT SLIMDIP 相比，混合碳化硅 SLIMDIP 的损耗降低幅度最高可达 25%，而全碳化硅 SLIMDIP 的损耗降低幅度最高可达 65%。

总而言之，采用 600V RC-IGBT 技术的 SLIMDIP 模块已成为白色家电和低功率工业驱动领域的主流 DIPIPM 产品。针对家电和工业驱动应用中日益增长的能效需求，三菱电机推出了两款新型 SLIMDIP 产品：专为稳定低负载能效优化的混合碳化硅 SLIMDIP，以及在稳定低负载和满负载范围内均具备高效能的全碳化硅 SLIMDIP。