在汽車(chē)行業(yè)邁向電氣化的進(jìn)程中，功率半導(dǎo)體技術(shù)的革新成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。以碳化硅(SiC)為核心的功率半導(dǎo)體，憑借其卓越的性能，在汽車(chē)電氣化浪潮中嶄露頭角，而 SiC 牽引技術(shù)逆變器更是成為了這一領(lǐng)域的焦點(diǎn)。

SiC 牽引技術(shù)逆變器的工作原理

逆變器在電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力總成系統(tǒng)中承擔(dān)著核心任務(wù)，其主要職責(zé)是在電池與電動(dòng)機(jī)之間進(jìn)行電能形式的轉(zhuǎn)換。一方面，它將電池儲(chǔ)存的直流電(DC)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的交流電(AC)，為車(chē)輛行駛提供動(dòng)力;另一方面，在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，逆變器能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)產(chǎn)生的交流電重新轉(zhuǎn)換為直流電回饋給電池，實(shí)現(xiàn)能量回收，提升能源利用效率。

SiC 牽引技術(shù)逆變器與傳統(tǒng)逆變器的關(guān)鍵差異在于其采用了 SiC 功率器件。SiC 材料具有獨(dú)特的物理特性，為逆變器的性能提升奠定了基礎(chǔ)。其禁帶寬度約為硅(Si)的 3 倍，擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為 Si 的 10 倍，這使得 SiC 器件具備更優(yōu)的耐壓特性，能夠應(yīng)用于更高電壓的場(chǎng)景。同時(shí)，SiC 的電子飽和速度更高，使得開(kāi)關(guān)速度更快，極大地影響了逆變器的工作效率和性能表現(xiàn)。

SiC 牽引技術(shù)逆變器的性能優(yōu)勢(shì)

更高的效率

相較于傳統(tǒng)的硅基逆變器，SiC 牽引技術(shù)逆變器具有更低的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，尤其在輕載工況下，其效率優(yōu)勢(shì)更為顯著。更低的損耗意味著能夠更有效地利用電能，減少能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的浪費(fèi)，從而直接提升了電動(dòng)汽車(chē)的整體效率。以實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)為例，部分采用 SiC 逆變器的電動(dòng)汽車(chē)，其續(xù)航里程相比使用傳統(tǒng)硅基逆變器的車(chē)輛有了明顯增加，在相同電池容量下，能夠行駛更遠(yuǎn)的距離，有效緩解了用戶(hù)的里程焦慮。

高頻操作能力

SiC 器件能夠在更高的頻率下工作，這一特性為逆變器帶來(lái)了諸多好處。高頻率工作使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度大幅提高，能夠更迅速地對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和控制。同時(shí)，由于工作頻率的提升，允許使用更小體積的儲(chǔ)能元件，如電感器和電容器。這些元件體積的減小，直接有助于減小整個(gè)逆變器的尺寸和重量，對(duì)于優(yōu)化車(chē)內(nèi)空間布局、減輕車(chē)輛自重具有重要意義，進(jìn)一步提升了車(chē)輛的性能和能源利用效率。

出色的耐高溫性能

汽車(chē)在行駛過(guò)程中，尤其是在高速行駛或頻繁啟停等工況下，逆變器會(huì)產(chǎn)生大量熱量。SiC 材料具有比傳統(tǒng)硅更好的熱穩(wěn)定性和更高的擊穿電壓，能夠承受更高的溫度而不影響性能或壽命。這一特性對(duì)于在狹小空間內(nèi)散熱困難的汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景特別有利，確保了逆變器在復(fù)雜工況下能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，提高了整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性和耐久性。

提升功率密度

由于 SiC 器件可以處理更大的電流并且占用更少的空間，基于 SiC 的牽引逆變器能夠設(shè)計(jì)得更加緊湊且高效。高功率密度的逆變器不僅能夠在有限的空間內(nèi)提供更強(qiáng)大的動(dòng)力輸出，還能減少對(duì)車(chē)內(nèi)空間的占用，為汽車(chē)設(shè)計(jì)師在車(chē)輛布局方面提供了更大的靈活性，有助于實(shí)現(xiàn)更輕量化、更高效的汽車(chē)設(shè)計(jì)。

SiC 牽引技術(shù)逆變器的應(yīng)用實(shí)例

博格華納高壓 SiC 逆變器

博格華納展出的專(zhuān)為 800V 應(yīng)用設(shè)計(jì)的高壓 SiC 逆變器，采用了 Viper 專(zhuān)利碳化硅電源開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)突破。該逆變器重量減少了 40%，整體尺寸縮小了 30%，功率密度提升了 25%。同時(shí)，通過(guò)消除焊線(xiàn)，增強(qiáng)了功率模塊的耐用性和可靠性，其優(yōu)秀的導(dǎo)熱特性和高溫穩(wěn)定性，使其在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出色，為電動(dòng)汽車(chē)提供了更強(qiáng)勁、更穩(wěn)定的動(dòng)力支持。

博世 800V 逆變器

博世的 800V 逆變器憑借 SiC 技術(shù)，展現(xiàn)出卓越的性能。其最高效率可達(dá) 99%，能夠支持 1200V 的耐壓和 600A 的大電流。通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，該逆變器實(shí)現(xiàn)了輕量化和更小的占用空間，同時(shí)配備智能升壓模塊(IBC)，使車(chē)輛能夠在 400V 充電樁上充電，增強(qiáng)了使用的靈活性，滿(mǎn)足了用戶(hù)在不同充電場(chǎng)景下的需求。

SiC 牽引技術(shù)逆變器面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)

盡管 SiC 牽引技術(shù)逆變器具有諸多優(yōu)勢(shì)，但目前在應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，SiC 功率器件的制造成本相對(duì)較高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模普及。另一方面，SiC 器件的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制要求更為嚴(yán)格，需要進(jìn)一步提升生產(chǎn)技術(shù)水平，以確保產(chǎn)品的一致性和可靠性。

然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的推動(dòng)，SiC 牽引技術(shù)逆變器的發(fā)展前景十分廣闊。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，SiC 功率器件的成本有望降低。同時(shí)，研發(fā)人員也在持續(xù)優(yōu)化 SiC 器件的性能和生產(chǎn)工藝，不斷推出新一代的產(chǎn)品。未來(lái)，SiC 牽引技術(shù)逆變器將在提高效率、降低成本、增強(qiáng)可靠性等方面取得更大突破，為汽車(chē)行業(yè)的電氣化轉(zhuǎn)型注入更強(qiáng)大的動(dòng)力，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)向更高性能、更節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。