IGBT vs. SiC MOSFET – 探讨未来几年NEV电机控制器技术路线

发布时间:2020-08-05
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最近几年在汽车电动化领域最大的技术突破恐怕是电机驱动功率模块Si基IGBT和SiC基MOSFET,而且仍然有巨大的发展空间,对于改善电驱动系统效率、功率密度、成本和可靠性愈加重要。

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IGBT方兴未艾,SiC MOSFET已扑面而来。根据相关企业和专业会议的信息,相比IGBT,基于SiC MOSFET的电机控制器的损耗可降低50%以上,NEDC平均效率可提高3%左右,体积可以减少65%-80%,而且因其具有高功率密度、高频、高效、耐高压和耐高温等特性,最终可以带来整车系统成本的降低。

有行业权威专家预计,未来5SiC功率模块将全面取代SiIGBT。 但也有专家认为,成本和可靠性等问题仍在限制SiC功率半导体技术的市场渗透,SiC功率模块将先更多地配置于高端车型,逐步向中低端车型渗透,一项新的技术从起步到成熟需要相当长的时间。据国际领先的功率器件厂家预测,SiC功率半导体在新能源汽车中的渗透率将从 2020 年的 3%提升至 2025 年的 20%左右, 不过这只是一家之言。

SiIGBT自然不甘示弱,也正在通过芯片、封装及集成等技术的迭代创新,提升效率、功率密度和可靠性。目前众多的国内外半导体、驱动系统供应商及整车企业一方面在加快SiC功率半导体的布局和量产时间表,另一方面也在加强IGBT的创新。

未来SiIGBT的技术创新方向和性能提升潜力将如何?SiC功率模块何时能大量普及? 功率模块还可能有哪些新的技术出现? 这些问题对混动和纯电动驱动技术路线影响重大,是当前行业关心的热点话题。本届TMC设立了功率模块专题,将邀请中科院电工所、英飞凌、安森美分享SiC功率半导体和SiIGBT的创新技术及功率模块的技术发展路线。本专题还邀请到来自华中科技大学的行业知名教授介绍利用驱动逆变器与电机作为车载充电装置的研发成果。

NEV电机控制器专题剧透,先睹为快。

中国科学院电工研究所:车用碳化硅功率模块设计探索

通过采用SiC模块高温封装技术、模块布局设计方法及电机驱动高密度集成(SiC模块、电容器、母排及散热器的一体化集成)及统一热管理技术,可将车用SiC电机驱动控制器功率密度提升2倍以上,损耗降低20%,最高环境温度提升到85°C,达到下一代新能源汽车电机驱动控制器系统技术的领先水平。演讲要点:

SiC高温封装技术

SiC 模块布局设计方法

 高密度电机驱动集成研究

英飞凌:车用功率半导体助力新能源汽车发展

从更高标准要求的产品设计出发,通过优化IGBT芯片结构(微型沟槽栅)及创新的双面冷却封装形式,开发低损耗的芯片技术、低热阻与低杂散电感的封装技术及高可靠性的产品,以提升系统的功率密度及其在实际应用中的寿命。报告将结合实际案例对以上技术进行阐述。演讲要点:

汽车级功率器件的技术路线

汽车级功率器件的可靠性

碳化硅在新能源汽车上的应用

安森美半导体:汽车主驱逆变器解决方案

新能源汽车逆变器的设计有来自许多方面的挑战,其中可靠性和效率(续航里程)是主要的两个挑战。作为新能源逆变器的核心器件IGBT,其性能对系统的可靠性和效率有极大的影响。报告将分享安森美的新型IGBT双面水冷技术,这是今年安森美将量产的项目。报告要点:

wire bonding技术,更高的可靠性和更长的寿命

双面水冷散热,效率更高

集成温度传感器,IGBT结温变化更易于监控

集成电流传感器,短路响应达到几百纳秒级别

方便堆叠扩展,散热器体积略微变大的情况下,轻松实现200KW输出

华中科大E/E学院:电动汽车电机驱动-充电集成技术

在电动汽车应用中,车载储能电池的充电一般通过充电桩或者车载充电器实现。直接利用电动汽车已有的驱动逆变器与电机和电网连接对车载储能电池进行充电可以有效节省硬件和装置建设。相关的策略对充电过程中的电机和驱动逆变器有对应的要求。在这些要求的基础上,介绍接入三相和单相电网的两类电机驱动-充电复用技术。相关工作为未来大规模车网互联提供了一个可行的技术。演讲要点:

复用电动汽车电机驱动系统作为电池充电器的概念和研究现状

接入单相电网的集成充电技术介绍

接入三相电网的集成充电技术介绍


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