功率模塊的各種參數(shù)電動(dòng)汽車

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2023-04-19 09:15:00 823

電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)時(shí)，絕大部分電能都轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能，但是還有一小部分被消耗掉了，變成了熱。

這個(gè)被消耗掉的部分，一方面是電機(jī)本身的損耗，還有一方面，就是電機(jī)控制器中功率半導(dǎo)體工作時(shí)的損耗，畢竟能源轉(zhuǎn)化肯定沒辦法做到100%

電機(jī)我不太懂，今天主要介紹電機(jī)控制器的損耗（逆變器中功率半導(dǎo)體模塊的損耗）

功率半導(dǎo)體模塊一般參數(shù)有靜態(tài)損耗和動(dòng)態(tài)損耗。靜態(tài)主要是IGBT的Vcesat（對(duì)MOSFET而言是Rdson）和續(xù)流二極管FWD的Vf。動(dòng)態(tài)損耗主要是IGBT/MOSFET的開通損耗Eon，關(guān)斷損耗Eoff，還有二極管的反向恢復(fù)損耗Erec。

這么多參數(shù)，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(gè)類型的參數(shù)對(duì)電動(dòng)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(duì)于Si IGBT模塊來講

對(duì)于Si IGBT器件來說，一共產(chǎn)生了297kW的總發(fā)熱，其中IGBT的通態(tài)損耗Vcesat占比最大，其次是關(guān)斷損耗Eoff，這不是巧了這是，恰巧這倆是最不好對(duì)付的。。一般是你優(yōu)化了這個(gè)，另一個(gè)指標(biāo)就變差了。

FWD反向恢復(fù)	23.40%
FWD通態(tài)損耗	4.26%
IGBT/MOSFET關(guān)斷損耗	27.66%
IGBT/MOSFET開通	17.02%
IGBT/MOSFET通態(tài)損耗	27.66%
sum	100.00%

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

那么對(duì)于SiC模塊而言，哪個(gè)指標(biāo)才是最重要的呢？看圖

FWD反向恢復(fù)	0.5	2.50%
FWD通態(tài)損耗	1.5	7.50%
IGBT/MOSFET關(guān)斷損耗	3	15.00%
IGBT/MOSFET開通	6.5	32.50%
IGBT/MOSFET通態(tài)損耗	8.5	42.50%
sum	20	100.00%

我們看到，SiC的通態(tài)損耗占比42.5%，也就是Rdson指標(biāo)占大頭，其次是MOSFET的開通損耗Eon，然后是關(guān)斷損耗Eoff，二極管通態(tài)壓降Vf和反向恢復(fù)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(guān)鍵因數(shù)是Rdson，這個(gè)指標(biāo)直接決定了SiC芯片的發(fā)熱，也就是逆變器的效率，進(jìn)而影響整車的效率。

當(dāng)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(tài)壓降Vcesat天然低（為什么低我們下次談），同時(shí)MOSFET是單極型器件，IGBT是雙極型器件，開關(guān)損耗也天然比mos高。因此，整體上應(yīng)用SiC模塊的電動(dòng)車可以比IGBT模塊的電動(dòng)車能源效率高大約5%，想象一下，如果是500km的續(xù)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(shí)實(shí)在在的成本優(yōu)勢！

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