一、匯川聯(lián)合動力的Si-SiC混合模塊電機(jī)控制器(PD4H混碳電控) 拆解分析

匯川聯(lián)合動力歷時一年多進(jìn)行技術(shù)攻堅和產(chǎn)品研發(fā)，于近日推出了采用Si和SiC混合功率模塊的電機(jī)控制器產(chǎn)品——PD4H混碳電控，為客戶提供了兼具高性能與高性價比的理想選擇。

01、產(chǎn)品詳解

PD4H混碳逆變模組

憑借在電控產(chǎn)品領(lǐng)域Si IGBT和SiC MOSFET器件應(yīng)用的深厚積累，以及對電驅(qū)產(chǎn)品與整車應(yīng)用場景適配的深刻洞察，匯川聯(lián)合動力充分挖掘混合器件在電應(yīng)力和熱應(yīng)力方面的邊界應(yīng)用能力，使得PD4H混碳電控具有以下優(yōu)勢：

1、效率高

PD4H混碳電控CLTC工況實測效率高達(dá)98.5%，較采用同代Si基器件的電機(jī)控制器效率提升1.5%?；焯茧娍氐母咝实靡嬗谄鋬?yōu)異的動靜態(tài)特性。

Si-SiC混合功率模塊的靜態(tài)特性

由于在傳統(tǒng)Si基功率開關(guān)器件中加入了部分SiC芯片，其小電流段因此具備了SiC的低導(dǎo)通損耗特性，與Si器件相比，在150A條件下導(dǎo)通損耗降低了約23%。此外，SiC更快的開關(guān)速度也降低了開關(guān)損耗，最高在150A條件下降低約35%。

導(dǎo)通損耗對比

開關(guān)損耗對比

PD4H混碳電控為客戶在效率和成本之間提供了優(yōu)秀的解決方案，其成本較全部采用SiC器件大幅下降，在工況效率僅損失0.3%的情況下，依然可以為整車帶來約3%的綜合續(xù)航里程提升，從而有效地降低了電池成本。

2、兼容性強(qiáng)

PD4H混碳電控產(chǎn)品功率模塊采用的是標(biāo)準(zhǔn)HPD封裝，與當(dāng)前主流的Si和SiC模塊的封裝保持一致，其逆變模組采用電容、功率磚和控制板疊放的結(jié)構(gòu)，尺寸僅為190×150×90mm，外部接口完全兼容當(dāng)前匯川聯(lián)合動力的逆變磚、三合一和多合一等產(chǎn)品，便于客戶在現(xiàn)有產(chǎn)品上直接替代升級以降本提效。

混碳逆變模組尺寸

在應(yīng)用電路設(shè)計上，PD4H混碳電控產(chǎn)品既支持兩路驅(qū)動獨立控制Si和SiC的方案，也兼容一路驅(qū)動同時控制Si和SiC的方案，后者可適配當(dāng)前主流的驅(qū)動芯片，無需開發(fā)專用的驅(qū)動芯片，其硬件電路設(shè)計、軟件控制策略與匯川聯(lián)合動力當(dāng)前產(chǎn)品兼容，具有較高的成熟度，在現(xiàn)有產(chǎn)品上無需做過多的設(shè)計更改即可升級。

3、性能強(qiáng)勁

得益于匯川聯(lián)合動力深厚的功率器件邊界應(yīng)用能力，通過優(yōu)化的驅(qū)動和控制策略保證了Si和SiC芯片的均溫，且器件結(jié)溫支持長時175℃工作，PD4H混碳電控峰值功率可達(dá)250kW，對應(yīng)的母線電壓范圍覆蓋210~485VDC，電動工況下峰值電流可達(dá)620Arms。下圖為PD4H在485V母線電壓、620Arms相電流和65℃冷卻液溫度條件下的混合模塊實測溫度云圖。

02、關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢

功率模塊中Si與SiC器件的混合應(yīng)用，增加了驅(qū)動設(shè)計和軟件控制的復(fù)雜性，但同時也為驅(qū)動參數(shù)和控制策略適配設(shè)計提供了更多的自由度。這是發(fā)揮混合模塊優(yōu)勢的重點與難點所在。匯川聯(lián)合動力以工匠精神精心打磨混合模塊應(yīng)用設(shè)計的每一個細(xì)節(jié)，精益求精，旨在充分發(fā)揮混合器件的強(qiáng)大性能，并兼顧混合器件應(yīng)用的可靠性。

1、更優(yōu)的驅(qū)動參數(shù)匹配

Si-SiC混合模塊采用了Si-IGBT、SiC-MOSFET和Si-FRD三者并聯(lián)的方案。其中，MOSFET與IGBT在開關(guān)速度和導(dǎo)通壓降上的協(xié)同，以及FRD與MOSFET體二極管的協(xié)同，是驅(qū)動參數(shù)匹配的技術(shù)難點。在設(shè)計混碳模塊的驅(qū)動參數(shù)時，我們主要從以下三個方面進(jìn)行考慮：

?  驅(qū)動電壓的選擇需要平衡模塊在短路時的耐受能力與低導(dǎo)通損耗之間的矛盾；

?  驅(qū)動參數(shù)的設(shè)計需兼顧全溫域、全電流范圍內(nèi)FRD的振蕩特性，以及MOSFET體二極管的反向恢復(fù)特性；

?  IGBT和MOSFET的開關(guān)延時設(shè)計需兼顧各器件的電流/電壓耐受能力與低開關(guān)損耗的需求。

2、更靈活的控制策略

Si-SiC混合模塊存在兩條控制通路，即IGBT+FRD通路和MOSFET通路。兩條控制通路損耗、熱阻的差異，以及控制的獨立性，使得模塊控制策略與整車工況適配的優(yōu)劣成為了混合模塊應(yīng)用的關(guān)鍵。PD4H混碳電控具備更靈活的控制策略，主要體現(xiàn)如下：

?  結(jié)合整車工況，調(diào)整IGBT和MOSFET的開關(guān)狀態(tài)和時序，兼顧低損耗和器件電應(yīng)力耐受，實現(xiàn)了效率的提升；

?  調(diào)節(jié)IGBT、MOSFET和FRD的導(dǎo)通時間比例，保證了各器件的相對均流和絕對均溫，實現(xiàn)了強(qiáng)勁的電流輸出能力；

?  靈活切換控制通路，實現(xiàn)一路控制通路異常時的整車跛行控制，減少了整車拋錨的概率。