華夏科學(xué)院電工探討所主任溫旭輝就SiC器件在新燃料車子中的利用發(fā)展了闡述講解，之下為演講實(shí)錄：

　　各位行家、各位同行，大伙好，咱今日給大伙匯報(bào)的最重要的是講技藝性的難題，這種技藝應(yīng)當(dāng)講關(guān)于電動(dòng)車子的電機(jī)驅(qū)動(dòng)仍是十分要緊的，便是碳化硅器件在新燃料車子電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的一種利用，咱的匯報(bào)就分之下兩個(gè)部分。

　　日前咱們國(guó)度的新燃料車子曾經(jīng)在全球上名次第一了，2020年大伙也全以為達(dá)成200萬輛的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是可以的，在這邊面，實(shí)質(zhì)上電動(dòng)車子三大要害技藝，此中之一便是電機(jī)，全個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的話，它的功能實(shí)質(zhì)上是干脆打算了車子的功能，咱指的是動(dòng)態(tài)功能等。

　　從電動(dòng)車子相干的專項(xiàng)以來的時(shí)刻，一直是三縱三橫內(nèi)部，電機(jī)驅(qū)動(dòng)一直作為一種要害技藝在發(fā)展公關(guān)，在新燃料車子當(dāng)中，總結(jié)來講，新燃料車子關(guān)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)體系的要求應(yīng)當(dāng)請(qǐng)求是一種高的功能來確保能源性以及增添機(jī)動(dòng)車的續(xù)駛路程等，在可靠性和平安性方面，它十分要緊，干脆作用到機(jī)動(dòng)車的可用性和使用者的接納度，低本錢大伙都曉得，實(shí)質(zhì)上此刻零部件廠家每一天都面對(duì)著高品質(zhì)、低本錢的負(fù)擔(dān)，在這點(diǎn)要求的下一層的時(shí)刻，實(shí)質(zhì)上就意指著咱們?cè)诩妓嚿线�可行做好多東西。

　　例如說，在高功能方面，碳化硅便是未來十分值得關(guān)心的一種技藝。由于時(shí)間唯有15分鐘，咱就繼續(xù)講了，碳化硅器件到底是一種甚么樣的器件，從這張圖大伙見到，隨著頻次的提高和功率的提高，實(shí)質(zhì)上滿足不同的功率和開關(guān)頻次的器件，它是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要害焦點(diǎn)部件，可是隨著不同的頻次和開關(guān)的增添，鑒于硅資料的ICPT的功能曾經(jīng)挨近理論的極限，碳化硅有好多優(yōu)勢(shì)，例如說10倍以上的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度、3倍的帶隙寬度，翻譯成咱們電工產(chǎn)業(yè)能夠了解的便是，用這一種器件，咱們可行讓它事業(yè)在更高的電壓，同一時(shí)間可行事業(yè)在更高的溫度，理論上來講，碳化硅這種資料可行事業(yè)在600度，此刻大伙努力的方向是200多度，假如它真的能夠事業(yè)那么多度的時(shí)刻，是非是散熱就能撤消，至少可行簡(jiǎn)單化。

　　此外，它十分大的一種優(yōu)勢(shì)便是，可行提升開關(guān)頻次，以前有報(bào)導(dǎo)說開關(guān)頻次有人給他提到了一種開關(guān)電源，做到了1兆赫茲的時(shí)刻，它還能有90%的效能，因此而來，在咱們這種產(chǎn)業(yè)內(nèi)部，大伙都認(rèn)可碳化硅器件是未來電動(dòng)車子電機(jī)驅(qū)動(dòng)技藝進(jìn)行的一種十分要害的因素，是體系實(shí)現(xiàn)高溫、高效、快速運(yùn)轉(zhuǎn)的技藝門徑。

　　因此，開始的實(shí)驗(yàn)室報(bào)導(dǎo)仍是挺多的，哪個(gè)實(shí)驗(yàn)室在器件方面做了哪些事業(yè)，哪個(gè)實(shí)驗(yàn)室又把器件用到了操控器上面，關(guān)于咱們這種產(chǎn)業(yè)來講，最打眼的應(yīng)當(dāng)是在2013年、2014年的時(shí)刻，豐田車子就提議，咱們將采納碳化硅的技藝，在2018年的時(shí)刻把咱們的車用變流器空間縮短到本來的5/1，接下來把它全個(gè)的全車?yán)�用碳化硅技藝今后的全車汽油效能再提�?0%。

　　后來咱們見到的報(bào)導(dǎo)是說，實(shí)質(zhì)上節(jié)油率曾經(jīng)提高了5%，2018年沒到，咱們還可行接著看，豐田接著說它們?cè)��?jīng)在日本構(gòu)建了碳化硅從芯片到模塊的一種工廠。

　　碳化硅全體來講，即便是對(duì)電力電子的行當(dāng)來說，最最重要的的仍是從這種世紀(jì)最初才漸漸熱起來，咱們今日來說它時(shí)刻，必需要從它的器件可得到性上來講，日前來看，美國(guó)一種企業(yè)叫CRUI，ROM是日本企業(yè)，此刻都公布了600-1700伏的碳化硅27管的一種產(chǎn)物，咱們也以前實(shí)驗(yàn)室做過，用了27管以后，它就會(huì)無反向規(guī)復(fù)電流，效能能夠提高百分之零點(diǎn)幾，自身就很高了，曾經(jīng)很可以了。

　　此外，它另有mo sit的器件，自然了早先的時(shí)刻皆是兩寸、三寸、四寸的芯元，這樣一來除了資料貴，那你的芯元上大小越小的時(shí)刻，它能夠做的芯片就越少，本錢價(jià)值就更高。此刻來講，6英寸曾經(jīng)是一種潮流或許此刻相比領(lǐng)先進(jìn)步的水準(zhǔn)，這是一種世界的概況。

　　國(guó)家內(nèi)部也在一步步造成這類資產(chǎn)鏈，大伙可行見到這張片子，從襯底便是資料到外延是一種技藝，在碳化硅上再漲更好素質(zhì)的碳化硅來做器件，以及模塊都有人在做。

　　咱然后要給大伙匯報(bào)的是咱們?cè)陔姽ぶ锌圃弘姽に鶢款^的，結(jié)合了咱們國(guó)度像中車時(shí)期和電子部55所、上海電驅(qū)動(dòng)、京津電動(dòng)、浙江大學(xué)、華中科技等等少許大學(xué)和相干的龍頭公司一同在做，碳化硅的模塊自然咱們要用芯片的時(shí)刻，模塊也是一種中介，咱們不可能干脆用芯片，都用模塊，由于芯片到日前為止，咱們電動(dòng)車能用的第一大的大流的時(shí)刻，在可用的溫度下本來無超越100安培，因而咱們必需要弄成模塊，這便是海外的現(xiàn)狀，根本上日前來看，仍是在應(yīng)用現(xiàn)存的硅器件的分裝和焊合單面散熱的分裝的方式，真實(shí)能夠應(yīng)用碳化硅的高溫和高頻特性的設(shè)置，此刻還處在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部。

　　國(guó)家內(nèi)部要慢少許，由于咱們的芯片技藝比別人要慢，可是曾經(jīng)有了最初。

　　給大伙看一下世界上在操控器上面的少許進(jìn)展，豐田剛才曾經(jīng)講通過了，日本電裝也提議用碳化硅把功率密度提升4倍，近期要映入量產(chǎn)階段，日本三菱把剛才在這圖上見到電機(jī)，這種電機(jī)的后端便是電力電子的操控器，電產(chǎn)也紛紛提議要做操控器以及車載實(shí)驗(yàn)，在這樣的一種前提下，2016年的時(shí)刻，咱們國(guó)度的要點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，新燃料車子的專項(xiàng)就發(fā)動(dòng)了高溫碳化硅器件及體系理論和測(cè)試方法探討這樣一種課題，咱們召集了那么多的總共14家單位，有科研院所和它對(duì)應(yīng)的龍頭資產(chǎn)公司來展開，在操控器方面，咱們從來沒做過碳化硅的操控器，要做到在105度下把操控器的功率密度做到36升，這就請(qǐng)求咱們?cè)诖丝痰母艣r下200下把這種模塊做到60安培，況且體制要降到硅模塊的3/1。

　　然后再向下分解的時(shí)刻，咱們就須要最少50安培的碳化硅器件，這是全個(gè)的完整資產(chǎn)鏈，咱們自然在各個(gè)步驟都面對(duì)著不同的難題，例如說在芯片方面，咱們就面對(duì)著碳化硅芯片電流倒通能力在高溫下會(huì)明顯下降的難題，況且在這種模塊分裝的時(shí)刻，由于它的芯片高溫，況且芯片面積十分小，它的熱流密度是此刻硅器件大概是6倍。

　　一方面焊合方面遭到挑戰(zhàn)，此刻納米銀高仍是可行做的。

　　另有一種難題咱們用做絕緣的硅凝膠，它在200度下會(huì)揮發(fā)，因而在面對(duì)好多分裝資料，高溫功能大幅下調(diào)，以至這種模塊可能就不可靠，可能會(huì)失效，自然了，關(guān)于操控器來講，高頻開關(guān)的時(shí)刻，仍是碳化硅開關(guān)速度很快，這樣會(huì)形成EMI的難題，從全車來講，對(duì)EMI的請(qǐng)求也很強(qiáng)。

　　因而咱們?cè)诳茖W(xué)難題層次分解出去三個(gè)，期望經(jīng)過科學(xué)難題的來解決芯片方面的芯片構(gòu)造設(shè)置，在模塊方面準(zhǔn)備采納平面分裝，新款的互聯(lián)構(gòu)造，在電力電子方面，在解決了負(fù)面干擾以后來做拓?fù)浜筒倏氐奶接憽?/p>

　　到本年為止，咱們?cè)��?jīng)做成120伏、100安培的碳化硅肖特G2G管，它有用的高深度十分淺，唯有12個(gè)微米。面積很小，唯有0.6的步驟。它在25度、100安培下，剩下的壓降是1.64伏，算下去實(shí)質(zhì)上咱們的電流密度確信是和世界領(lǐng)先進(jìn)步水準(zhǔn)持平，某種算法上還高一絲，這是和產(chǎn)物比。

　　在模塊方面，當(dāng)前最重要的仍是在解決慣例的，有些人難以剖析全體的失效鼓勵(lì)，是以說模塊的改良思路不清楚是一種難題。

　　第二個(gè)便是由于咱們必需面臨，在這一兩年以內(nèi)，咱們的碳化硅國(guó)產(chǎn)芯片，單芯片的電流都相比小，是以要封存一種600安培的模塊確信大于50個(gè)芯片在一種模塊內(nèi)部，到底怎樣樣來排布，讓得它的本身電感最小，這樣的話就讓得開關(guān)愈加可靠等等，另有便是熱流機(jī)松的難題在發(fā)展各式的剖析，包括模塊的高溫失效模子、形式、大數(shù)量芯片的多功率廠改良，下方的第三個(gè)圖便是咱們?nèi)涨白龅囊环N雙面冷卻的模塊，在這種模塊上面的時(shí)刻，起首它是雙面的，第二個(gè)，它再也無通常的模塊的建和線，此外便是做高溫開關(guān)的事業(yè)。

　　日前做來，咱們?cè)��?jīng)做得了120伏、300培的模塊是建合型的，在左邊的這種，大伙見到相比像HP1，實(shí)質(zhì)上咱們便是應(yīng)用HP1的這點(diǎn)零件來做的高纖焊片、超聲波焊合。

　　此外一種便是咱剛才講的，雙面冷卻的平面型模塊，空間都比本來有大幅的降低，正是由于做模塊內(nèi)部很要緊，你的焊合要確保在不同的溫度下都要可靠，因而要盡量下降空洞力，咱們?cè)阝F焊和納米銀高方面的時(shí)刻，也做了工藝的探究，這樣讓得高纖焊料的時(shí)刻，空洞力小于3%，用納米銀高的時(shí)刻，及時(shí)在沒有負(fù)擔(dān)的燒接的形式下，空洞力量也要下于2%，這種皆是未來確保它的可靠性的詳細(xì)事業(yè)。

　　最終咱們測(cè)了今后，咱們本人做平面型模塊和CRUA的模塊來測(cè)，日前來看，從開關(guān)損失來說差不多大，這就講明日前咱們從初步來說仍是成功了。

　　在操控器方面，理論的東西咱就不講了，咱講一下對(duì)大伙有效的東西，咱們?nèi)ハ爰偃缫�把一種操控器做小，要實(shí)現(xiàn)一種高功率密度，單單是僅僅把模塊做小不過一種起步，本來咱們很大的空間重量的部分在電容、散熱器，電容占了差不多的一種空間，25%應(yīng)當(dāng)不止，況且咱們也是和法拉電子有過一次討論，平凡國(guó)度的國(guó)產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)操控器的空間都比別人大，電容量也比別人大，此中可能也有個(gè)原因，最重要的是在這里和同行分享一下，本來電容的效用有兩個(gè)：

　　1、它必需要為開關(guān)提供脈沖電流，經(jīng)過電池是來不及的，由于它的阻抗相當(dāng)大，是以這種功效是沒有可取代。你想先做一種高融資電容此前，你要先想做一種能夠提供大損耗電流的電容，這才是更正確的一件事兒，那它自然也須要發(fā)展電壓的Data V的頻次效用，那咱把頻次提高上去就能了，它的效用從這種公式看的出去，你把C的容值下降的時(shí)刻，提升的頻次就會(huì)是一樣的效用。而容值和空間是干脆掛鉤的，咱們做了一種適合功效的電容器的研發(fā)，起首咱們探討在不同的工況下，實(shí)質(zhì)上對(duì)容值的請(qǐng)求是不一樣的。再一種咱們盡量去下降它的集成電感，這關(guān)于電器特性有好處，本來關(guān)于它能夠除根它的電流也有好處，更為要緊的是說要對(duì)它發(fā)展溫度的調(diào)節(jié)操控或許降溫、散熱。在這種一種概況下，這是咱們開始的設(shè)置，大伙看這樣一種殼，這是咱們的一種操控器的相當(dāng)大的殼，把模塊裝在水槽上，由于它自帶頻費(fèi)，再往上裝操控板就組成全個(gè)的操控器，咱們把它叫做適合功效的電容器，由于這邊面把電容和母排全都集成在內(nèi)部了，況且電容也可行獲得干脆的散熱。

　　最終咱們做的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是這樣，許用的文波電流從180安培提高到300安培，由于有個(gè)點(diǎn)測(cè)量的位置感覺很高了，便是398這一絲，咱們感覺這種測(cè)點(diǎn)可能不太對(duì)，就保守的來講也是1.67倍，干脆的來講可行下降C除以1.67，這種樂意拿出去和同行分享一下，這樣一來，這是電容，還包括機(jī)殼，在上面把模塊裝上去，做了一種十分小的，比信用卡大不了多少的主控板，在這邊面改良它的算法，讓它能夠適應(yīng)50K的操控頻次，由于咱們?nèi)允窍氚堰@種頻次提高上去，應(yīng)用碳化硅的優(yōu)勢(shì)，最終做了這樣的一種操控器。

　　日前，咱們做的時(shí)刻是每升37個(gè)鉛，沒考量溫度，由于前面有些位置也沒考量溫度，此刻的概況便是，還不錯(cuò)讓咱們對(duì)名目任務(wù)的達(dá)成有了一種信心，這相對(duì)來講是咱們?nèi)珎�(gè)團(tuán)隊(duì)相比新的東西，給大伙匯報(bào)一下，謝謝!