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功率模塊的各種參數電動汽車

其他|other else|

2023-04-19 09:15:00 821

電機控制器驅動汽車電機時，絕大部分電能都轉化為了機械能，但是還有一小部分被消耗掉了，變成了熱。

這個被消耗掉的部分，一方面是電機本身的損耗，還有一方面，就是電機控制器中功率半導體工作時的損耗，畢竟能源轉化肯定沒辦法做到100%

電機我不太懂，今天主要介紹電機控制器的損耗（逆變器中功率半導體模塊的損耗）

功率半導體模塊一般參數有靜態損耗和動態損耗。靜態主要是IGBT的Vcesat（對MOSFET而言是Rdson）和續流二極管FWD的Vf。動態損耗主要是IGBT/MOSFET的開通損耗Eon，關斷損耗Eoff，還有二極管的反向恢復損耗Erec。

這么多參數，頭都繞暈了，《矛盾論》里面講過，分析事物要抓住主要矛盾，兼顧次要矛盾，那我們來看看，哪個類型的參數對電動汽車的功率損失影響最大？

以最常見的10k Hz工況為例，我們看到，對于Si IGBT模塊來講

對于Si IGBT器件來說，一共產生了297kW的總發熱，其中IGBT的通態損耗Vcesat占比最大，其次是關斷損耗Eoff，這不是巧了這是，恰巧這倆是最不好對付的。。一般是你優化了這個，另一個指標就變差了。

FWD反向恢復	23.40%
FWD通態損耗	4.26%
IGBT/MOSFET關斷損耗	27.66%
IGBT/MOSFET開通	17.02%
IGBT/MOSFET通態損耗	27.66%
sum	100.00%

再看全SiC模塊的表現，全sic器件的發熱就很低了，相比IGBT模塊297的發熱，SiC MOSFET模塊只產生了85W的發熱，逆變器效率大大提升。

那么對于SiC模塊而言，哪個指標才是最重要的呢？看圖

FWD反向恢復	0.5	2.50%
FWD通態損耗	1.5	7.50%
IGBT/MOSFET關斷損耗	3	15.00%
IGBT/MOSFET開通	6.5	32.50%
IGBT/MOSFET通態損耗	8.5	42.50%
sum	20	100.00%

我們看到，SiC的通態損耗占比42.5%，也就是Rdson指標占大頭，其次是MOSFET的開通損耗Eon，然后是關斷損耗Eoff，二極管通態壓降Vf和反向恢復能量Erec。

也就是說，SiC芯片在10K的工作頻率下，決定其性能好壞的關鍵因數是Rdson，這個指標直接決定了SiC芯片的發熱，也就是逆變器的效率，進而影響整車的效率。

當然，SiC比IGBT的效率要高很多，也正是Rdson*I=Vdson在小電流情況下要比IGBT的通態壓降Vcesat天然低（為什么低我們下次談），同時MOSFET是單極型器件，IGBT是雙極型器件，開關損耗也天然比mos高。因此，整體上應用SiC模塊的電動車可以比IGBT模塊的電動車能源效率高大約5%，想象一下，如果是500km的續航，那就可以多跑25km，或者說省4度電的電池成本（4度電的電池成本3000元左右），所以，高端車型上SiC，不僅性能好，科技感，還有實實在在的成本優勢！

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