作者：英飛凌汽車電子生態圈 電子發燒友；英飛凌 張昌明；英飛凌 耿旭旭
序
隨著新能源汽車的發展，其關鍵部件主驅逆變器的重要性越來越高。市場對主驅逆變器提出了哪些核心需求；在不同的需求下，市場上又有哪些流行的主驅技術方案；汽車廠商又如何選擇一款合適的主驅方案？
請繼續閱讀，本文將一一為您詳細解答........
近年，新能源汽車在全球各大主流汽車市場取得了長足發展，根據歐洲汽車製造商協會ACEA的數據，2023年1-10月歐盟國家累計新能源汽車（BEV+PHEV）註冊量約194萬輛，同比增長約32%，滲透率超過20%；而乘聯會公布的數據中，國內同期新能源汽車零售量高達596.2萬輛，同比增長34.7%，滲透率更是高達34.5%。
隨著市場擴大以及相關產業鏈的成熟，新能源汽車早已從以往的政策驅動轉變為產品驅動。從近幾年的新能源汽車產品也能夠看到，無論是自動駕駛、座艙等智能化程度，還是續航里程、電驅系統性能等方面都有了很大的提升。
主驅逆變器作為控制主驅電機的關鍵部件，它將電池包的直流電轉換為驅動電機的交流電，其轉換的效率則很大程度上決定了車輛行駛的能耗表現。同時主驅逆變器的峰值功率配合高性能的主驅電機，也決定著車輛的整體性能。
主驅逆變器發展趨勢
車輛續航里程越來越長、性能越來越強已經是今天新能源汽車的主要發展方向，比如今年500km以上的續航里程已經成為了主流BEV（純電動車）的標配；HEV（混合動力汽車）續航里程不少已經超過1000km，甚至有部分BEV車型CLTC(中國輕型汽車行駛工況)續航里程也超過1000km。
當然，提升續航里程，也可以通過提高電池包容量來實現。但目前電池能量密度受限於材料等因素，無法大幅提高，因此提高電池包容量的同時，不僅成本較高，還會大幅增加車輛重量，從而提高驅動能耗，即實際續航里程的增幅會小於電池容量增幅。
所以提升新能源汽車續航里程的關鍵，其實可以看成是電池包容量和驅動能耗之間的平衡，而目前在電池成本較高，能量密度提升較慢的情況下，優化主驅逆變器的運行效率就是重中之重。
而在性能方面，一方面是單電機的功率越來越高，主驅電機峰值功率可以超過300kW；另一方面是驅動電機數量的提升，繼雙電機和三電機之後，今年還出現了數款四電機車型，這對於電機以及配套的逆變器等設備的功率密度要求將會更高。
縱觀近年來主驅逆變器的發展情況，首先是新能源汽車續航里程的需求下，更高效率的主驅逆變器就成為了主流需求；
其次是進入電動汽車時代，電機功率越來越大，與此同時主驅逆變器要支持的峰值功率也更大，在車輛有限空間內，需要更高功率密度的主驅逆變器；
另外，在新能源汽車市場不斷擴張的過程中，需要持續降低整車成本，作為車輛核心部件之一的主驅逆變器，市場必然對其降本增效有更大的需求；
最後，在整體技術疊代速度較快的情況下，如何保證主驅逆變器整體工作的穩定可靠，也是用戶最關注的點之一。
所以我們可以將主驅逆變器的發展趨勢，簡單總結成四點：更高效率、更高功率密度、安全可靠、低成本。
但要實現這些目標並不簡單，要提高主驅逆變器的轉換效率，從器件、晶片到驅動電路設計再到散熱設計，都需要進行多方面的優化。比如採用更低損耗的功率器件、柵極驅動IC，或增強功率模塊的散熱性能。
從IGBT到SiC，從400V到800V平台，技術方案不斷演進
在主驅逆變器中，由於成本優勢，目前主流的解決方案是基於矽基IGBT。隨著SiC的廣泛應用，主驅電壓等級也正在從如今的400V往800V加速發展。
在技術更替的背後，實際上正是為了滿足高效、高功率密度等的需求。相比於矽基IGBT，SiC MOSFET在器件關斷時拖尾電流較小，器件的開關損耗也會較小；同時電動汽車在日常低負載工況下，主驅逆變器所需輸出的電流大小遠低於額定電流值，而SiC MOSFET在中低電流下的導通損耗相比IGBT要低得多，在整體系統中具有顯著的效率提升。
功率密度方面，SiC MOSFET可工作於更高的開關頻率，損耗更低，因此對散熱要求較低，可有效減小驅動部件以及水冷部件的重量及體積；同時高開關頻率也降低了無源器件的尺寸和成本，因此SiC主驅逆變器在相同功率下，體積能夠大幅下降。
不過在800V平台下，由於電壓翻倍，主驅逆變器中除了IGBT、SiC MOSFET等需要普遍升級耐壓值至1200V外，還有多種器件，包括MCU、柵極驅動器、電流傳感器等要求具備更高的性能。
綜合來看，如今的新能源車型包括BEV、HEV和PHEV等，其採用的牽引逆變器方案豐富多樣，比如有出於成本考量，在雙電機車型中選擇在主驅逆變器採用SiC，輔驅逆變器採用矽基IGBT的方案；電機布局上有前後雙電機、後二前一、後置單電機、前置單電機等；而HEV以及PHEV目前的驅動方案更是百花齊放，比如發動機串聯、並聯、混聯、增程等，根據電機分布，以及發動機是否有直驅部分等延伸出多種驅動方案。
因此，在驅動方案多樣的情況下，能夠為不同方案提供完備的晶片選型以及牽引逆變器解決方案的晶片廠商，對Tier1和主機廠而言就十分重要了。
英飛凌一站式牽引逆變器解決方案
作為全球汽車晶片巨頭，英飛凌推出的產品幾乎覆蓋汽車牽引逆變器上所有的組件，並提供一站式的應用解決方案。據了解，英飛凌提供包括AURIXTM MCU、EiceDRIVERTM無磁芯隔離驅動晶片、OPTIREGTM PMIC、XENSIVTM電流傳感器、IGBT/SiC單管和模塊在內的主驅逆變器核心部件，應用範圍覆蓋混合動力汽車、電動汽車的多種需求。
在主驅逆變器中，MCU可以看作是系統的大腦。MCU在逆變器中負責執行駕駛員的操作指令，通過電流傳感器等信號確定電機工作狀態，使用FOC算法向柵極驅動器發送控制脈衝PWM，而MCU則繼續根據傳感器數據確定電機位置和轉速，以實現精準控制。
汽車應用中，用戶最看重的無疑是安全可靠。英飛凌AURIXTM 系列MCU為主驅逆變器提供多達六核的高性能架構，支持最高ASIL-D的功能安全標準。同時英飛凌OPTIREGTM PMIC可以搭配AURIXTM 系列MCU，為主驅逆變器MCU以及外圍電流傳感器等晶片供電的同時，對MCU、系統工作狀況等進行監測，作為最後一道安全屏障。
EiceDRIVERTM無磁芯隔離驅動晶片用於驅動IGBT、SiC MOSFET等功率器件和模塊，主要作用是放大MCU的邏輯信號，實現對功率器件的快速關斷與導通。而隔離驅動晶片顧名思義，是在驅動功率器件的同時，集成了電氣隔離的功能，將功率器件的高壓與MCU的低壓電路進行電氣隔離，保障系統安全。在主驅逆變器中採用EiceDRIVERTM 驅動晶片，能夠減少額外的器件使用，降低系統成本，同時與英飛凌功率器件有很強兼容性，使用便利性、運行穩定性有保障。
功率器件方面，英飛凌提供了多種適配不同應用的產品，比如Hybrid PACKTM 和EasyPACKTM IGBT模塊產品家族，電流等級支持50A到950A，支持從400V到1200V的電壓等級。其中HybridPACKTM系列主要面向混合動力汽車和電動汽車，拓展了IGBT模塊的功率區間。該系列產品提供基於6種不同封裝的多個版本，從而實現了電壓及功率等級拓展性的最大化。
EasyPACKTM則面向小功率的應用，比如A0級、A00級微型純電動車以及混合動力汽車的中小功率逆變器上。儘管依然是採用矽基IGBT，但其基於EDT2晶片技術，在低負載下效率更高，相比上一代產品降低了20%的損耗，能夠顯著提升新能源汽車的續航里程。
高端應用上，英飛凌目前已經推出了基於IGBT和SiC器件的HybridPACKTM Drive G1&G2車規功率模塊。其中今年5月開始供貨的HybridPACKTM Drive G2提供750V和1200V 的電壓等級，並使用了基於英飛凌新一代晶片技術EDT3的IGBT，以及CoolSiCTM G2 MOSFET。
較強的柵極氧化可靠性及一流的開關和導通損耗，在高效率、高功率密度方面都有出色表現。
目前英飛凌的IGBT和CoolSiCTM MOSFET產品已經在多款新能源汽車主驅逆變器上應用，相關產品無論是能效表現還是性能表現，都處於行業領先水平。
所以，對於新能源汽車而言，英飛凌的主驅逆變器解決方案在高能效方面，能夠為新能源汽車帶來更長的續航里程；高功率密度帶來體積更小的主驅系統，能夠拓寬車內空間；靈活的方案適配能夠幫助新能源汽車降低成本；而安全性、可靠性方面，更是英飛凌引以為傲的產品優勢，在多款新能源汽車產品上應用的優秀反饋也證明了這點。
寫在最後
如今高速增長的新能源汽車市場，需要高效率、高功率密度、安全可靠、低成本的主驅逆變器，可以看到無論是器件技術還是方案的演進，比如更高效的功率器件、更高集成度的驅動晶片、更高的平台電壓、更多樣的驅動方案等，都圍繞著這四大方面發展。
對於未來仍有巨大發展空間的新能源汽車市場來說，主驅逆變器作為最核心的部件之一，也將跟隨市場發展而加速疊代升級的進度。可以預見不久的將來，主驅逆變器領域還會湧現更多創新方案。
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