特斯拉汽车逆变器sic

降价的信号！特斯拉两重大信息曝光 为省成本不惜一切？

最近关于特斯拉有两条新闻，一条属于社会新闻，大家估计都知道：马斯克来了中国，见了很多大佬，还去了上海考察了上海的特斯拉工厂，视察了新款毛豆3的进度。而另一条行业新闻，大家则可能不太熟悉，但同样很劲爆：特斯拉在不久前的投资者电话会议上宣布，未来要减少对SiC碳化硅材料功率模块的应用，同时还透露，会在接下来的特斯拉产品中，逐渐减少驱动电机中稀土材料的使用，最终做到无稀土电机。

在投资市场上，这两个消息一出来，影响非常剧烈。美国、澳大利亚、英国和我国的碳化硅相关股票和碳化硅概念股统统应声下跌。同时，我国几家大的稀土企业（央企）都出现了明显的股价下跌。当然到现在我们看到的是，碳化硅的实业股已经涨回来了，概念股还在低位，而稀土股在应声下跌后的没多久又涨回去了。

作为普通百姓，我们更关注的还是这两件事本身：碳化硅芯片是啥？特斯拉为啥要减少使用？为什么要减少驱动电机中的稀土？做无稀土电机有多难？以及可能是最关键的问题：特斯拉，是不是在加速摆脱对中国产业的依赖？

大家可能有所不知的是，如今在大力“去碳化硅”的特斯拉，其实就是碳化硅一开始最大的支持者和最大的宣传者。但这碳化硅到底是个啥？这玩意全名碳化硅功率模块芯片，简单来说，这是一块比成年人的拇指甲大不了多少的芯片，但别看它小，它是纯电动车三电系统中的电控系统中，最核心的东西。

功率模块芯片的作用其实很简单：交直流转换。但它却决定了一台车整个核心电气系统所有性能。它为什么重要？首先，纯电车用的是交流同步电机（这也是你听不到电机的VVVF调频音的原因），用的是交流电，而电车的电池提供的是直流电。这里需要功率模块芯片进行交直流转换，转换的效率直接决定着电机能实际从电池获得多少电（交直流转换有损耗率），也能直接决定着电机使用电池提供的电的效率。简单地说，功率模块芯片直接控制着一台车的电耗和性能两个最重要的指标。

另外一点，目前的所有充电桩都是交流电，但电池只能接受直流电，这里也需要功率模块进行交直流转换。这个转换的效率，直接决定着一台车的充电速度。所以如果你看到一台车，明明三电系统看着数据都很棒，但电耗出奇的高，性能也不大行，充电速度还比别人慢，这极有可能就是功率模块芯片的锅。

所以大家知道功率模块对于电车有多重要了吧？聪明的你一定从上文也能知道，功率模块芯片的关键在于交直流转换效率。这，就是碳化硅一开始被特斯拉造神，现在被整个行业追捧的原因了。

功率模块芯片是一块半导体芯片，它处于长期高负荷的运行状态下，半导体芯片在长时间高负荷状态下，一定会产生高温，而温度过高会触发芯片内部的保护机制，会强制降低芯片运算速度，直接导致功率模块芯片的交直流转换效率剧烈下跌，甚至可能会出大事（例如把未完全滤波的交流电输入给电池，可能会引发电池热失控）。所以你看到这儿也能看出来了，功率模块芯片最重要的，是要保证它的温度别太高。

传统的IGBT属于硅基芯片，这种东西跟我们手机电脑上的CPU一样，都是很容易发热，而且热耐受度不高的。2018年，特斯拉从当时风靡全球饰品领域，被很多妹子深恶痛绝的“假钻石”中，看到了假钻石的原料---莫桑石对于超高温的强大耐受力。因为莫桑石能做成假钻石，就是通过极高温激光切割来的，普通的高温对于这种材料根本不能动其分毫。

通过非常复杂的工艺，一家名为CREE（现在叫Wolfspeed）的公司，成功地以莫桑石为原料，打造出了第一种可以大规模量产的SiC碳化硅基底的功率模块芯片。这种芯片相比起硅基的IGBT芯片，温度耐受力高达5-8倍，能在非常高温的环境中持续稳定工作。而纯电车功率模块芯片的工作环境，正好就相当恶劣（主要是温度高）。

最关键的是，以前为了给IGBT芯片散热，车企必须做一个庞大的，成本高昂的液冷散热模块，但有了碳化硅芯片，散热系统的成本可以直接省一大截，对于“成本控制之王”的特斯拉来说，当然就有了大力上马，大力推广碳化硅芯片的动力了。

在特斯拉之后，国内的车企们也纷纷大手笔入局碳化硅市场。直到现在，中国已经是全球规模最大的碳化硅市场，无论是技术还是产量上都是全球第一，遥遥领先于第二的美国。美国之所以远远落后，其实不是技术问题，是美国自己的产业空心化，导致空有技术但造不出来，技术没法迭代的关键原因。

看到这你可能要说了，那特斯拉现在要减少碳化硅芯片的使用，就是跟中国“脱钩”呗！马斯克狼子野心！话不能这么说，其实特斯拉现在亲手把当年自己“造得神”给赶下神坛，跟中国没啥关系，跟碳化硅芯片本身的技术开发难度有关系。

碳化硅芯片有个很大的技术难题：长晶时间太慢、属性太脆。前者导致了碳化硅本身需要比硅基芯片长得多的时间才能长出来，才能长好。而后者则导致了，在碳化硅芯片的整个制造过程中，无论是光刻、切割等各工序，稍有不慎就会导致碳化硅晶体折断，整个芯片只能报废掉。换句话说，无论是美国中国还是其他国家，到现在都没办法解决碳化硅芯片的良率问题。

良率低，直接导致成本高。这对于单品牌出货量相对还不大，或者是产品线足够长，SKU足够多的车企来说（例如比亚迪，就是典型的SKU很多的例子）倒没啥，但对于特斯拉这种出货量大，而且SKU极少的车企（特斯拉现在出货的SKU满打满算就5个）来说就要了亲命了。更关键是，特斯拉的老大，还是一个视高成本为“一生之敌”的人，这家公司削减脑袋都在想着降低成本，哪可能接受一个功率模块芯片，批量出货价格像坐了自家SpaceX火箭一样年年暴涨？

所以特斯拉砍碳化硅是必然的。至于换回IGBT芯片后可能产生的散热问题，特斯拉也已经表示，正在开发一种成本低的，又能满足IGBT芯片散热的低成本散热系统。

说完了功率模块，接下来说说电机，这是一个更多人不知道的领域。我们前面说到，特斯拉打算在以后的时间里不断减少驱动电机的稀土使用，最终达到完全不使用稀土。而目前全球稀土，基本上是中国处于垄断性地位，特斯拉这个表态出来很容易就会让人觉得，这是不是特斯拉在减少对中国稀土产业链的依赖，打算做某种程度的“脱钩”？

脱不脱钩，我们作为汽车媒体不便评述，但特斯拉在驱动电机上减少，最终完全不使用稀土，的的确确就是在减少对中国稀土的依赖。大家可能不知道稀土材料对于驱动电机来说有多重要。我们都知道稀土很重要，但你可能不知道的是，稀土之所以重要，是它们能提供其他天然材料和所有人工合成材料都无法匹敌的物理特性。

例如某些稀土能提供强到离谱的电子迁移率，这对于战斗机做先进雷达，先进的导弹，乃至高超音速导弹都很有帮助。而另一些稀土能提供非常大的电流通过能力，这就使得用了这些稀土的驱动电机，能在体型更小重量更轻的前提下，能实现输出功率更大，发热量更低。现在大家在很多国产新车上看到的那些什么“多合一电机”，其实都有一个条件，那就是电机本身要足够小，怎么能保持大功率，甚至做更大功率的前提下还能缩小电机体积呢？就得用更多的稀土。

特斯拉这条消息同时提到一个消息，减少稀土的决定，会被应用于中国以外的市场，换句话说，特斯拉在中国国内制造的车，仍然会用稀土电机。而目前中国稀土仍然在不断出口，且价格稳定，没有上调价格的趋势。

实际上，对于目前这两条消息，我们判断特斯拉还是根据成本控制来作出的战略性决策。这种决策不是战术性质的，不是短期的，很可能是一个长期政策。而至于特斯拉这两个举动会不会对国内的电车企业有什么影响，我们的看法是不会。

无论是碳化硅芯片还是稀土电机，这都是我国有实业优势的领域，对于这两个方面没有优势的特斯拉来说，这些是不可控变量，需要规避风险。但对于我国的车企们来说，其实环境要比特斯拉更优秀许多。

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SIC-MOS可靠性验证

随着电动汽车行业的迅猛发展，SiC MOSFET（碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管）成为汽车应用中关键的功率器件，其高效率、高可靠性及成本优势显著。特斯拉Model 3等汽车的成功应用即是这一技术革新的证明。

引言

碳化硅功率器件因其高压、高频及高效率特性，在市场上的需求日益增长。性能、可靠性和成本是驱动器件商业化进程的三大关键因素。通过优化制造工艺和器件设计，SiC MOSFET不仅实现了性能和可靠性的提升，还降低了成本，技术进步成为推动其商业化的重要动力。

图1展示了三代SiC MOSFET的主要技术特点。比导通电阻（Ron,sp）是评价单极型功率器件性能的关键指标，表示器件导通电阻与有源区面积的乘积。随着工艺的进步和设计的优化，SiC MOSFET性能逐代提升，单位导通电阻所需的芯片面积不断缩小。

新制造工艺开发

1. 栅氧氮化工艺

相比GaN材料，SiC具有与Si相似的特性，能够生成理想的介质层SiO2。然而，SiC中的C原子导致其MOS结构的栅氧界面（SiO2/SiC）的界面态密度远高于Si基结构，从而降低了SiC MOSFET的沟道迁移率。通过在氧化工艺后加入氮化工艺（NO或N2O退火），沟道迁移率显著提高至20cm2/(V·s)，沟道电阻减少50%以上，界面陷阱引起的阈值电压漂移问题也得到改善。这一工艺的成功开发，显著提升了SiC MOSFET的性能和可靠性，成为其商业化的重要基石。

2. 沟道自对准工艺

进一步减少SiC MOSFET的沟道电阻是设计者的目标。通过光刻机的二次套刻形成沟道，可以实现低于0.8微米的沟道长度。不同沟道长度对1200V SiC MOSFET的导通性能影响显著，0.4微米是理想的沟道长度设计，但当沟道长度达到0.8微米时，器件导通电阻将增加约50%。

芯片设计优化

1. 元胞尺寸缩小

减小元胞尺寸（CellPitch）是提升器件导通能力的主要途径。优化关键设计参数，如JFET区宽度（WJFET）和源极接触区宽度（LP++LNC），可以进一步减小元胞尺寸并降低器件导通电阻。设计额外的JFET区N型离子注入工艺或高浓度外延工艺形成电流扩展层（CSL），可以减小JFET区宽度20%以上，降低器件比导通电阻值15%，同时减少中间位置栅极氧化层承受的电场强度。

2. 沟槽栅结构

与Si MOSFET和SiIGBT相比，SiC MOSFET的沟槽栅结构在性能优势上不再明显。由于SiC MOSFET中栅极SiO2表面承受的电场强度极高，比Si MOSFET/IGBT高一个数量级，因此，栅极氧化层的可靠性成为设计的关键。通过设计额外的JFET区来保护中间的栅极氧化层，虽然可以减少电应力，但引入了较高的JFET电阻，导致导通电阻显著增加。

可靠性优化

SiC MOSFET的可靠性问题通过栅氧工艺的成熟得到显著改善，已达到车规级应用标准。瑞能半导体在其产品设计之初就将可靠性放在首位，确保器件在长期的动静态工况中具有更强的鲁棒性。采用平面栅结构、高阈值电压、高阻断电压以及高栅氧层耐压能力的设计，确保了产品高可靠性的同时仍保持高性能表现。

驱动优化

为兼容传统驱动电路，瑞能1200V SiC MOSFET在+18V驱动电压下高效工作，即将推出的1700V1000mOhm SiC MOSFET则可以使用+15V作为驱动工作电压。

总结

SiC MOSFET技术的不断发展，不仅提升了产品性能和可靠性，还降低了成本，市场规模因此迅速扩大。瑞能半导体致力于技术推动产品竞争力，提供高性能、高可靠性的SiC MOSFET产品。

特斯拉第四代电驱动拆解分析

特斯拉汽车，以销售量高而闻名，其在电动化领域的影响显著，从其E/E架构、三电、热管理、车身设计等方面，尤其是电驱动系统，都经历了四代技术迭代。本文聚焦于特斯拉第四代电驱动系统的拆解分析。

特斯拉自2003年成立以来，从一款豪华电动跑车Roadster起步，逐渐发展出包括S3XY系列、Model S/X Plaid和Cybertruck在内的多款车型。其中，Roadster标志着第一代电驱动系统的开始，Model S和Model X则代表了第二代技术的创新，而Model 3和Model Y则搭载了第三代电驱动系统。最新的第四代电驱动系统，已经应用于美国德州工厂生产的Model Y，本文将深入探讨这一系统的特性。

拆解分析的背景始于特斯拉的销售增长。从早期的零星交付到2021年全年销量突破936,172辆，特斯拉在智能电动汽车领域的领先地位愈发稳固。上海超级工厂在2022年累计交付了300万辆电动汽车，凸显了特斯拉产品在全球市场的广泛接受度和影响力。

特斯拉的电驱动系统是实现动力输出与控制的核心。从Roadster到Model Y，系统经历了三次迭代，每一代都带来了关键的技术革新。第一代电驱动系统应用在Roadster上，使用了IGBT单管并联技术，平铺式布置。第二代技术则在Model S和Model X上采用立体构造布局，改变了原有的平铺方式。第三代电驱动系统在Model 3和Model Y上实现，选择了全新的功率器件，如ST SiC Mosfet，并采用了紧凑设计。

在分析特斯拉电驱动系统时，重要的是理解其布局及其技术迭代过程。第一代电驱动系统源于AC Propulsion公司的技术授权，使用了单管并联的IGBT技术。第二代电驱动系统在Model S和Model X上实现了重大改进，采用了立体构造，提高了功率密度。第三代电驱动系统则在逆变器设计上采用了全新的功率器件，进一步提升了系统的紧凑性和效率。

特斯拉在电驱动系统的设计中注重创新与优化，从第一代的单管并联，到第二代的立体构造，再到第三代和第四代的功率器件选择与封装技术，每一步都体现了对性能、可靠性和成本的综合考量。特斯拉与功率半导体厂商紧密合作，共同推动了技术的迭代升级。

特斯拉第四代电驱动系统在Model Y上应用，相比前三代系统，其逆变器部分的变化尤为显著。新系统的控制器壳体、高低压连接器壳体等都进行了优化，更紧凑的设计和一体化铸造工艺显著降低了成本。电机一侧的布局调整，如油冷器和油滤位置的优化，进一步提高了系统的效率和可靠性。此外，波形弹簧、滤网等组件的优化设计，以及对PCB、变压器、保险丝等部件的创新利用，都体现了特斯拉在电驱动系统设计上的精进。

第四代电驱动系统与第三代相比，在控制器PCB、安全控制芯片、霍尔电流传感器、电流传感器、红外传感器以及铜排设计等方面进行了改进，进一步提升了系统的性能与可靠性。特斯拉在电驱动领域的持续创新，为推动电动汽车技术的发展做出了重要贡献。

特斯拉第四代逆变器的设计改进及其创新点

特斯拉在电动汽车和技术创新领域处于领先地位。特斯拉Model 3电动汽车主驱逆变器首次采用碳化硅（SiC）MOSFET，开启了电动汽车动力总成设计的新时代。随后的Model S Plaid和Model Y也沿用了这一技术路线，在主驱逆变器设计中采用了SiC MOSFET。

最新款的Model Y电动汽车配备了第四代主驱逆变器，这款逆变器融合了多种设计改进和创新，其生产地可能是美国德克萨斯州的Giga Factory或上海工厂。通过对Ingineerix Sandy Munro先生对Model Y的拆解，我们得以一窥其工程之美。

Model Y的第四代驱动单元在外观上与Model 3保持一致，电机绕组比较、旋转变压器用于转子位置传感，但Model Y不再使用轴承电流弹簧。在转子结构方面，Model Y的逆变器盒采用了一体成型的连接器外壳，以降低成本。

在牵引驱动单元方面，Model Y的主要改进包括电流感应差异、安全原因下逆变器输出的断开，以及SiC MOSFET的温度感应。一旦SiC MOSFET发生短路失效，DSP会发出命令激活执行器，推动并断开逆变器输出端子，以防止电机绕组短路。当端子断开后，保险丝承受所有电流，安全无电弧熔断。此设计避免了高速运行时电机被抱死导致汽车失控的风险。此外，Model Y使用红外传感检测SiC MOSFET的温度，进行并联连接的SiC MOSFET采用平行连接，提高了系统的稳定性和效率。

特斯拉在2022年4月7日宣布召回生产日期在2019年1月11日至2022年1月25日期间的部分进口及国产Model 3电动汽车，共计127,785辆（其中进口Model 3汽车34,207辆，国产Model 3汽车93,578辆），原因是后电机逆变器功率半导体元件可能存在微小的制造差异，导致在使用一段时间后元件差异可能会导致后逆变器发生故障，影响车辆的正常启动和行驶安全。召回旨在解决这个问题，确保车辆的安全性和可靠性。

目前，特斯拉在第四代驱动单元上对可能存在的问题进行了改进和解决，以提高电动汽车的动力总成性能和安全性。对于更多关于文章内容及数据的深入了解，欢迎通过私信、微信或邮箱与作者联系。联系邮箱为：EVthinker@163.com；微信：EVthinker。关注公众号以获取更多相关内容。

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