作为国家内部第全家装载纯电动车子突破100万台的电驱动公司，上海电驱动股份局限企业从08年就映入该范畴，从分体式电驱产物、三融合技艺突破到步入宽禁带半导体的利用实践，上海电驱动始终紧追在技艺前沿，顺电驱动产业进行趋向一路直行。

上海电驱动股份局限企业电控探讨院院长陈雷显示，日前电驱动体系曾经进行到了相比老练的阶段，但在新燃料车子进行的大情势下，新的要求也在为电驱体系指出新的进行方向。 

相片来自：上海电驱动 陈雷

要求导向 新资料成电驱体系进行突破点

详细而言，对驾驭体会的追求引出了高扭矩/高提速功能的须要，这请求电驱体系增添电流密度、提升动态响应功能；对续航时长和迅速充电的追求引出了高压化这一电动车子产业恒久不变的话题，碳化硅这种宽禁带半导体比较硅基IGBT更有功能突破的可能。

对行进和充电平安的请求引出了对电池生命、功效稳固性的把控；对低噪环境的请求引出了对NVH的提高……从微观的使用者体会逆推产物进行趋向，会发觉日前IGBT市场较为老练的概况下，电驱动体系依然有相当大的进行体积。

如何满足这点要求，如何在这点范畴实现技艺突破，缔造新的经济增添点？这是车企和供给商全在考量的难题。

在陈雷看来，将全个电驱动体系拆开来看，半导体是最顶级的单一零部件，效用十分要害，对半导体的抉择相当大可能会作用到对这点要求的实现。

日前市面子上有三代半导体资料，区别所以硅（Si）、锗（Ge）为代表的第一代（素材）半导体，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第二代（二元/三元化合物）半导体；以及陈雷作要点推荐的第三代半导体。

第三代半导体又叫做宽禁带半导体，其代表有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO），具有高频、高功率、抗高辐射、光电功能优异等特色，符合生产电力电子、微波射频、光电子等元器件，正契合新燃料车子所代表的电气化、智能化趋向。

值得注意的是，“十四五”国度要点研发计划发动实行2021年“新款显现与策略性电子资料”要点专项，第三代半导体正好其列。

在电驱动器中专门料理大功率电压和电流的功率半导体，区别从损失、封装、可靠性三个方面作用全车续航、电机轻量化、电机生命。

相片来自：上海电驱动 陈雷

以碳化硅为例，陈雷从三个方面讲明了宽禁带半导体的利用会带来的浮动。 

相较Si IGBT 碳化硅上车有何不同

从损失看，功率半导体的损失尺寸干脆打算电机操控器的效能，从而作用电池容量，继而打算续航。

功率器件在运转中发生两种损失，一个是通态损失，在功率器件处于正向导通的概况下，经过功率器件的正向压降与正向电流的积，即称为通态耗损。

另一个叫做开关损失，不管频次和速度，开关进程中，电流和电压浮动总会发生损失，也分为开通损失和关断损失。

相片来自：上海电驱动 陈雷

通态损失中，比较Si IGBT，碳化硅在同样的封装下会具备必定的优势。最重要的原因在于碳化硅器件自身的电阻特性，而IGBT是双极性的器件，双极性的器件存留VCE0的电压，而电阻特性无这类压降。

由于VCE0电压的存留，在小电流的概况里，IGBT的器件压降很大，碳化硅更小，发生损失相对更低。将相似规格的碳化硅和Si IGBT对照，大电流的概况下导通压降相差20%-30%，小电流的概况下，相应的损失会相差数倍。

就开关损失而言，碳化硅的优势在于开关速度更快，这意指开关损失相应水平的下降。

通常来讲，关于1200V的碳化硅，开关时电压电流浮动的时间在100-200nm之中，而1200V的硅，其时间则在在300-400nm之中。

就封装而言，半导体的尺寸、散热冷却的方式会干脆作用到电机操控器的功率密度，继而作用到全车轻量化和框架。

日前市面子上的封装多样：从多融合的全桥方式到半桥方式；果冻胶布到塑封；另有单面散热或许双面散热的封装。

封装是依据功率器件属性来发展的，市面子上相比盛行的仍是400V为主的小功率型封装形式。可是从高压化的未来趋向来看，封装的散热性、电感、批量利用、兼容性在将来都会有大的提高。

另有可靠性。芯片自身和封装的可靠性都很要害。惯例Si IGBT运用铝线就可以够满足功率重复等请求，但为了加强电流密度，运用过电能力更强、发热更小的铜可行下降温度，继而提升功率重复的次数。

最终是碳化硅的焊合层利用。相较于硅，碳化硅的热膨胀系数很大，在器件的边缘导致的热应力很大，随着运用时间的加长，在功率重复进程中会发生分层，甚而在焊料上显露空洞，这点空洞带来的干脆结果便是热阻升高，热传递能力下调，散热变差。

这一难题曾经在日前的技艺进步中获得理解决，比较于惯例焊料焊合，日前运用的银浆烧结工艺具有数倍以上的功率重复生命，还可行承担更高的事业温度。

助力碳化硅上车 上海电驱动布置六年

2016年，上海电驱动最初做鉴于营运车的碳化硅操控器样件。两年以后，研发步入开发鉴于双面冷却的碳化硅操控器，并对其发展了乘用车和营运车的全车认证。陈雷显示，这段时间尽管开发速度快，但全体效能提高不显著。

2020年最初，研发鉴于量产的碳化硅操控器名目，将在2023年SOP。同一时间陈雷显示，S鉴于800V平台功率很大的碳化硅操控器，也适用于运转路程更高的营运车，可行使这种操控器有助于节省电量和提升经济效益。

碳化硅器件会起首利用在相比高档的车型，尤其是利用800V平台的车型上，这差不多算是一种产业共识。

一方面，鉴于更迅速的充电考量，运用碳化硅器件后，开关损失和导通损失都会下降，同样的开发效能下，利用于800V体系中，功率器件开关损失下降的比重很大，这有助于提高体系效能。

另一方面，碳化硅尚未达到范围化产能，这也是其尚未大批利用于市场的最重要的原因。原料在达到范围化产能以后，良率提高，产物单价下降，从而得到市场优势。陈雷看来，在量化产出和运用后，碳化硅可能得到必定的本钱优势。也许可行用于A级或更小的车上。

联合上海电驱动关于碳化硅的详细研发来看，这种资料的实质利用依然存留部分技艺挑战。

相片来自：上海电驱动 陈雷

碳化硅上车有多难？技艺难题仍待解决

起首是EMC（电磁兼容性）功能的难题，在高的开关速度下，dv/dt及di/dt更高，简单发生电磁干扰，通过好几年技艺进行，EMC关于Si IGBT已非是难点，但要拓新碳化硅资料必需重提多级滤波器的设置。

可靠性的难题还不可忽视，陈雷显示，日前利用碳化硅器件的数量和实质运用碳化硅器件的时间都不够长，对碳化硅器件的可靠性要格外重视。

硅基IGBT日前进行相比老练，通常耐压全能够达到正负20V的级别。然则，碳化硅在耐压部分会遇上挑战，特别是对负压部分，可能只能承担负6V-负10V的电压。

除此以外，与硅质资料不同，碳化硅资料器件的利用也会带来功率重复、温度重复方面的挑战。

要创新，势必碰到门槛。总的来讲，宽禁带半导体是要求导向，技艺先好的典例。在新燃料、智能化的进行趋向下，在相对老练的Si IGBT产业中寻觅新的技艺突破点，营造经济增添点，须要上海电驱动这样的公司勇敢尝试、踊跃进步。

但不可忽视的是，助力碳化硅上车，让新资料功能第一大化，须要体系性和长久性的努力，唯有上下游并行进行，才能推进新资料进市场，继而推进产业更新。

（以上内容来源上海电驱动股份局限企业电控探讨院院长陈雷在2022年6月24日由盖世车子主持的2022华夏车子电驱动与要害技艺云论坛发表的《宽禁带半导体在电机操控器中的利用》专题演讲。）