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SiC MOSFET功率模塊的各種參數(shù)電動汽車

日期:2022-12-05 閱讀:450
核心提示: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

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(shù)有靜態(tài)損耗和動態(tài)損耗。靜態(tài)主要是IGBT的Vcesat(對MOSFET而言是Rdson)和續(xù)流二極管FWD的Vf。動態(tài)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(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,哪個類型的參數(shù)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(fā)熱,其中IGBT的通態(tài)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(yōu)化了這個,另一個指標就變差了。

 

 

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模塊只產生了85W的發(fā)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

 

 

我們看到,SiC的通態(tài)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(tài)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(shù)是Rdson,這個指標直接決定了SiC芯片的發(fā)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(tài)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(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,還有實實在在的成本優(yōu)勢!

(來源:技術田地)

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