基于SIC的逆变器设计

逆变器功率密度100 kW/L，SiC少用一半，它是怎么做到的？

       弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心的G-Q Lu教授开发出一款具有100 kW/L逆变器功率密度的双面冷却(SiC)模块，这在传统SSC模块的基础上实现了显著提升。在电动汽车市场日益增长的背景下，电动汽车的充电问题和基础设施不足成为关注焦点。通过采用双面冷却技术，该模块不仅提升了牵引逆变器性能，还减少了SiC芯片数量，降低了成本，从而解决了功率密度的挑战。

       双面冷却模块的关键在于其创新设计，如图2所示，通过减少有源元件数量，将热阻Rth-JC降低30%以上，并优化了功率密度和电感。G-Q Lu团队在芯片贴装上采用低温烧结的多孔银短金属柱，相较于传统方法，具有更好的导热性和可靠性。他们还使用纳米银烧结技术，以提高凝聚力和附着力，同时采用低热膨胀系数的密封剂和场分级材料，增强了模块的绝缘性能。

       结果显示，经过200°C温度测试的1.2 kV SiC模块展示了显著的冷却效果，而10 kV双面冷却SiC整流器模块在高功率密度和高压环境中表现出色。这些创新封装方法不仅提高了功率密度，还降低了对SiC和Cu等材料的依赖，对于电动汽车的成本效益和效率提升具有重要作用。

       总的来说，G-Q Lu教授的团队通过双面冷却技术，为电动汽车逆变器的高效和经济运行开辟了新的可能。这为电动汽车充电基础设施的改进和电动汽车市场的未来发展提供了有力的支持。

深度解析特斯拉Model 3 逆变器的构造

       特斯拉Model 3的逆变器构造解析

       特斯拉Model 3的逆变器在电动汽车动力系统中扮演关键角色，其核心任务是将电池的直流电（DC）转换为交流电（AC）以驱动电动机。Model 3的逆变器以创新设计和高性能闻名，其构造由以下几个关键元素组成：

       特斯拉是首个将全碳化硅（SiC）功率模块集成在Model 3中的高端车厂，与ST Microelectronics合作。逆变器由24个1合1功率模块构成，安装在针翅式散热器上，每个模块包含2个SiC MOSFET，采用创新封装并直接连接到铜基板进行散热。

       SiC MOSFET采用意法半导体的最新技术，能减少损耗，针翅散热器设计则提高了散热效率。特斯拉通过这种技术提高电动车性能，降低生产成本，推动SiC技术在电动车领域的应用。

       逆变器的核心是功率模块，由高效SiC半导体组成，提供低损耗和高开关频率。冷却系统采用液体冷却，确保在运行中有效管理热量，确保逆变器的稳定运行。

       控制电路负责精确管理功率转换，与车辆驾驶模式无缝集成，特斯拉的算法优化功率输出，提升驾驶体验。

       外壳和电气连接设计保护内部组件，确保稳定传输。Model 3的逆变器构造展示了特斯拉对创新的追求，以及如何通过技术融合实现卓越性能和成本效益。

       特斯拉与意法半导体的协作，展示了电动车功率半导体封装技术的革新，如ST GAP1AS驱动器的隔离和驱动能力，以及TMS320F28377DPTPQ微控制器的高级闭环控制功能。这些技术的集成，共同打造了Model 3在电动汽车领域的领导地位。

车规级碳化硅MOSFET系列DCM模块助力新能源汽车

       一.碳化硅功率器件应用及优势

       在新能源汽车中，碳化硅器件展现出高效、高功率密度和优异性能，尤其在800 V电池系统和大电池容量中，它能提高逆变器效率，延长续航里程或降低电池成本。

       SiC 功率半导体拥有关键效率特性，降低成本，提高电动汽车充电器、太阳能逆变器、电动汽车电机驱动器等多种应用中的系统性能，预计使用指数增长快。

       与基于 IGBT 的电源模块相比，SiC 具有以下优势：

       1.开关速度更快，开关损耗更低，减少系统面积。

       2.适用于高开关频率应用。

       3.高阻断电压。

       4.结温更高。

       5.高电流密度。

       6.降低开关损耗，实现最高效率。

       7.高功率密度，结合高开关频率、最小化损耗和最大化效率，实现卓越的输出功率和功率密度。

       8.降低整体系统成本，减少无源滤波器元件数量，降低功率损耗，减少散热器面积，减少冷却需求。

       SiC 功率模块的典型应用包括大功率电源、电动汽车充电器、太阳能逆变器、电机驱动器、储能、电动汽车。

       二.碳化硅MOS系列DCM模块

       碳化硅功率模块使用碳化硅半导体作为开关，用于电能转换，转换效率高。

       车规级碳化硅MOSFET系列DCM模块，专为新能源汽车主驱逆变器应用设计，具有高功率密度，广泛用于新能源乘用车、商用车等的电力驱动系统及燃料电池能源转换系统。

       DCS12模块特点：

       1.采用单面水冷+模封工艺，最高工作结温175℃。

       2.功率密度高，适用高温、高频应用，超低损耗。

       3.集成NTC温度传感器，易于系统集成。

       三.新能源汽车市场应用

       目前，商用车规级SiC功率模块多采用基于硅器件的传统模块封装技术，三相全桥HPD模块仍是主流。

       但随着800V+SiC时代的到来，以半桥结构和塑封工艺为主的封装模式或将成为大趋势。

       SiC塑封半桥模块更灵活，配合关键技术，可实现更均匀的电流密度分布，热容热阻和杂散电感等方面表现也更好。

       通过采用双面水冷等技术，还可大幅降低SiC芯片成本。

       蔚来发布了最新的旗舰车型ET9，搭载1200V SiC功率模块，采取半桥封装工艺，功率模块密度1315kW/L，拥有高达30万次的功率循环能力。

       比亚迪汽车也在更新SiC主驱功率模块技术路线，逐渐从HPD模式向半桥模式转移，并推出相关产品。

       最近小米汽车SU7正式亮相，主驱电控的SiC功率模块采用SiC半桥模块。

       据“行家说三代半”调研，国内比亚迪、蔚来和小米，北汽、长安、赛力斯、长城等车企也在主驱中导入SiC半桥模块。

       四.爱仕特碳化硅MOS系列模块

       爱仕特推出了新一代车规级SiC模块—DCS12系列，采用半桥式结构，工作额定电压范围为650V-1700V，工作电流范围为400A-1000A，契合大多数新能源汽车的使用场景。

       DCS12模块具有以下优势：

       ●散热架构优越，整体可靠性强。

       ●密封性良好，杂散电感低。

       ●功率密度高，适用高温、高频应用，超低损耗。

       作为SiC器件头部厂商，爱仕特目前已完成A+轮融资，基于自主设计的6英寸SiC芯片，现已量产650V、1200V、1700V、3300V全系列SiC MOSFET及功率模块，并自建车规级SiC功率模块生产基地。

科普：DeepDrive双转子电机新技术，宝马新车将使用

       （关键词：双转子、2025年量产、轮毂内安装、低成本）

       近几年，海外车企一直在研发新的电机技术，包括轴向磁通电机等，而宝马与DeepDrive开发了双转子电机，这是一种全新的技术，核心理念是更小的尺寸和更低的成本，未来将用在宝马的新车上，那么如何达成这项技术？下面我们来详细分析。

DeepDrive公司

       DeepDrive公司总部位于慕尼黑，是一家初创公司，由于开发出突破性技术，得到了宝马的风险投资，从2021年双方开始合作，宝马认为初创公司不同于老牌企业，思维方式更独特，突破常规，为宝马这样的品牌提供了新的视角。

       DeepDrive联合创始人Felix Pornbacher表示，与宝马的合作为新公司提供了跳板，满足汽车行业的严格标准，公司如今的目标是将新概念和新技术整合到量产型号中。在宝马的支持下，DeepDrive的双转子电机已经进入路试阶段，搭载与宝马的原型车上。

双转子电机技术

       异步电动机或同步电动机中，都是由电机定子通入交流电，产生旋转速度和交流角频率相同的旋转磁场。转子所受电磁力的方向与定子旋转磁场方向相同，转子开始往定子旋转磁场的方向旋转，短时间内转速达到稳定，传统的电机都是一个定子一个转子。

       创新概念将两个电机融合成一个单元，创造出一种紧凑的单元，节能的同时拥有高扭矩数值。在传统电机中，定子可以驱动内部或外部转子；而在 DeepDrive 的双转子概念中，定子可以同时驱动两个转子，这种结构不仅紧凑，还具有轻量化的特点，可以放置在轮毂内部，形成轮毂电机，这意味着每个轮胎都有自己的电机，达成轻量化的四电机驱动，同时，这项技术也可以用在传统的集中式驱动系统上，中央电机组为车辆提供动力。

       DeepDrive的电机为径向磁通结构，和传统电机一致，双转子提高了材料利用率，噪音和扭矩波动控制优于传统电机，同时采用新型绕组概念，绕组槽填充率高于80%，结合集成 S i C 碳化硅逆变器，内部为申请了专利的SiC MOSFET创新拓扑结构，减少电耗。

       整体来看，双转子电机相比传统电机，磁铁材料减少50%，铁使用量减少80%，里面也没有重稀土磁铁，与当前先进的传统电机对比，每立方米的成本可以降低30%，这意味着电动车的价格可以进一步压低，利于消费者。

       目前DeepDrive有两种双转子电机型号，其中CSD 450功率为230kw，转速可以达到12000rpm，扭矩为430Nm，重量在68kg内；另一种大功率电机型号为CSD 750，转速与450相同，但扭矩增加到700Nm，功率350kw，一个电机就可以代双电机，重量在80kg以内，轻量化大扭矩是其特点。但较低的转速是一个缺点，如果在高性能车上使用，单档位变速箱对车辆速度造成限制，需要配合2档变速箱。

量产时间

       目前宝马集团已经在内部的测试台上运行了这种电机，没有出现可靠性问题，接着将原型车上装载双转子电机，进行路试，宝马目前的多款车型将装上双转子电机，与现有的电机进行对比，测试能耗和对车辆操控性的影响，DeepDrive希望在保证输出功率的同时，减少电耗，增加续航里程。

       而用上轮毂电机的原型车将在数月内进行测试，轮毂双转子电机占用更少的空间，更节能、更轻、成本更低，并且具有可拓展性，电机将在2025年正式开始量产。宝马曾暗示下一代的M3将搭载创新的四电机技术，替代内燃机，是否配备双转子轮毂电机成为一个悬念。

选车侦探观点：从轴向磁通电机到双转子电机，电动车的动力单元正在一步步进化，就像内燃机多年的发展经历一样，这种新型电机成本低，重量轻，尺寸紧凑，但问题是轮毂内的散热和转速控制，双转子如何提高电机的转速是一个难点，大家觉得2025年能看到轮毂双转子电机量产吗？欢迎讨论。

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