以下內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球- 關(guān)于SiC+Si多變量融合逆變器 · 從概念到系統(tǒng)方案落地的全景解析- 原創(chuàng)文章，僅用于SysPro內(nèi)部使用，非授權(quán)不得轉(zhuǎn)載

- 本篇節(jié)選，完整內(nèi)容在知識星球發(fā)布，歡迎學(xué)習(xí)、交流

導(dǎo)語：在電動汽車技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，功率器件的創(chuàng)新與優(yōu)化成為了推動行業(yè)進步的關(guān)鍵因素。SiC（碳化硅）與Si（硅）多變量融合逆變器技術(shù)作為一項極具前瞻性的創(chuàng)新成果，正逐漸在電動汽車領(lǐng)域嶄露頭角。

本文結(jié)合知識星球中關(guān)于SiC+Si混碳專欄的幾十篇原創(chuàng)內(nèi)容，同時，綜合了英飛凌、意法、匯川、舍弗勒等知名企業(yè)的技術(shù)方案調(diào)研成果，加之相關(guān)的實踐經(jīng)驗，從多個維度對SiC+Si多變量融合逆變器進行了全面且深入的解析。

從器件概念的提出，到系統(tǒng)方案的落地，本文詳細闡述了這一技術(shù)如何從理論設(shè)想逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用？無論是對于半導(dǎo)體器件特性的深入分析，還是對逆變器系統(tǒng)設(shè)計的探討，亦或是對實際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)與解決方案的研究，都進行了系統(tǒng)的梳理和解讀。

通過本文，讀者將能夠全面了解SiC+Si多變量融合逆變器技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)、技術(shù)要點以及未來趨勢，為從事電動汽車及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供有價值的參考。

圖片來源：YOLE

目錄

1. 市場需要什么樣的逆變器？

1.1 中國電動汽車發(fā)展趨勢

1.2 電動汽車細分市場情況

1.3 消費者對電動汽車需求變化

1.4 逆變器關(guān)鍵性能指標(biāo)發(fā)展探討

2. 逆變器KPI發(fā)展路線圖

2.1 逆變器核心KPI發(fā)展趨勢

2.2 影響逆變器KPI變化的因素

3. SiC+Si融合 · 適配EV牽引逆變器的底層邏輯詳解

3.1 動力總成的工況需求與矛盾

3.2 SiC與Si · 特性的互補優(yōu)勢說明(知識星球發(fā)布)

3.2.1 低電流工況：SiC MOSFET的"輕載王者"

3.2.2 高電流工況：IGBT的“重載守護者”

3.2.3 SiC+Si動態(tài)適配特性的核心邏輯

4. SiC+Si融合逆變器的工程設(shè)計：從特性優(yōu)化到系統(tǒng)落地全路徑解析(知識星球發(fā)布)

4.1 靜態(tài)特性：效率優(yōu)勢的底層支撐

4.2 柵極驅(qū)動方案：動態(tài)性能的核心控制

4.2.1 共同驅(qū)動方案：低成本的基礎(chǔ)適配

4.2.2 獨立驅(qū)動方案：高性能的精準(zhǔn)調(diào)控

4.3 電磁兼容（EMC）性能：意外的成本優(yōu)勢

4.4 效率與經(jīng)濟性：量化收益驗證

5. 總結(jié)：SiC+Si，成本效益與工程挑戰(zhàn)并存(知識星球發(fā)布)

5.1 成本效益解決方案

5.2 SiC+Si融合帶來的挑戰(zhàn)

5.3 SiC+Si融合的工程實踐要點

01

市場需要什么樣的逆變器？

——中國電動汽車發(fā)展趨勢與功率半導(dǎo)體需求

中國電動汽車市場已進入爆發(fā)式增長階段，成為全球新能源轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力。從下圖可以看出，從2013到2024年，10年+時間，銷量從幾萬輛飆升至1287萬輛，這得益于政策扶持、消費者環(huán)保意識提升和技術(shù)進步。乘用車在電動汽車市場占比持續(xù)攀升，2024年電動汽車在新車銷量中占比達40.9%，市場從政策推動轉(zhuǎn)向需求驅(qū)動，消費者接受度大幅提高。

圖片來源：IA prediction,Inovance

在細分市場中，PHEV與REEV近兩年增速達84.69%。其“柔性補能”特性，如城市通勤用純電模式降低成本、長途出行用燃油補能消除續(xù)航焦慮，適配了用戶多元出行場景。在電壓平臺方面，800V高壓平臺市場份額從2022年的2%快速提升至2025年的15%，快充能力（功率可達300kW以上）和能效提升優(yōu)勢明顯，適配高端車型需求。

圖片來源：YOLE

我們能感知到：消費者對電動汽車需求日益多樣，偏好“大空間”和“強動力”，動力總成需向“更小、更強勁、更高效、更便宜”演進。在了解市場趨勢后，逆變器作為電驅(qū)系統(tǒng)的核心部件，其關(guān)鍵性能指標(biāo)又是如何發(fā)展的呢？接下來我們詳細探討逆變器KPI發(fā)展路線圖。

02

逆變器KPI發(fā)展路線圖：率半導(dǎo)體創(chuàng)新方向

牽引逆變器作為電動汽車的關(guān)鍵部件，其性能直接影響著整車的動力輸出、能源利用效率和駕駛體驗，其性能優(yōu)化已然成為了車企和供應(yīng)商提升競爭力的重要手段。我們聚焦于逆變器的核心KPI：成本、功率密度、循環(huán)效率，來看看TA們的發(fā)展趨勢是怎樣的？

下圖所展示為逆變器從2019年到2027年，在上述核心KPI指標(biāo)上的變化趨勢。通過“Inverter KPI Roadmap”，我們可以清晰地捕捉到：

成本：自2019年以來，Si IGBT的價格下降了65%，SiC的價格有一定程度下降，但目前仍比Si IGBT貴約2.5 - 3倍

功率密度：逆變器功率密度曲線呈上升趨勢，從2019年的37 kW/L預(yù)計到2027年達到100 kW/L，有助于實現(xiàn)更緊湊、高效的逆變器設(shè)計。

CLTC-P效率：SiC的效率曲線從2019年的95.8%預(yù)計提升至2027年的99.2%；Si的效率也有提升，但始終低于SiC。

圖片來源：Inovance

那么，究竟是什么因素影響著上述這些KPI的變化呢？主要有這么幾個方面（后續(xù)的著力點）：

集成技術(shù)的發(fā)展：包括IC集成、機械集成、減少連接等→有助于簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少不必要的能量損耗和信號干擾，從而降低成本，提高系統(tǒng)的可靠性和功率密度

供應(yīng)鏈的穩(wěn)定和優(yōu)化：規(guī)模效應(yīng)和內(nèi)部設(shè)計、本地化供應(yīng)等因素→有效控制成本，確保器件的穩(wěn)定供應(yīng)；

通過擴大生產(chǎn)規(guī)模和優(yōu)化供應(yīng)鏈布局，可以降低SiC和Si器件的成本

創(chuàng)新手段：如芯片嵌入PCB構(gòu)型、軟件功能算法（如DPWM、方波控制、載波頻率優(yōu)化、斜率控制）、新一代Si/SiC芯片技術(shù)、低雜散電感的封裝和布局、融合功率器件、三級拓撲等→ 提高器件的性能和可靠性，為逆變器的性能提升提供堅實的技術(shù)支撐

因此，我們可以感知到，逆變器的性能躍遷，核心是功率器件技術(shù)從“單點突破”到“系統(tǒng)協(xié)同”的結(jié)果：Si基IGBT的規(guī)?；当?、SiC的高效突圍、各種創(chuàng)新技術(shù)的協(xié)同，共同構(gòu)建起逆變器技術(shù)的“三維競爭力”。在這場變革中，誰能在成本、效率、集成度上實現(xiàn)“三重優(yōu)化”，誰就能掌握電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)的先機，引領(lǐng)行業(yè)邁向更高維的舞臺。

03

SiC+Si融合 · 適配EV牽引逆變器的底層邏輯詳解

3.1 動力總成的工況需求與矛盾

(知識星球發(fā)布）

從上面我們可以看出，電動汽車及動力總成的核心KPI需求可以簡潔地概括為“三高一低”，即追求更長的續(xù)航里程、更強的加速性能、更高的效率以及更低的成本。

這一系列需求對牽引逆變器提出了極為嚴(yán)苛的要求，需要其同時具備兩大關(guān)鍵特性：大電流降本能力+輕載提效。下面我解釋這是什么意思？以及為什么？

......

所以，這種大電流降本與輕載提效之間的矛盾，成為了電動汽車動力系統(tǒng)發(fā)展中的一個關(guān)鍵問題。那么，如何解決這一矛盾呢？這就催生了Si與SiC的融合技術(shù)。

3.2 SiC與Si · 特性的互補優(yōu)勢說明

我們知道到，Si-IGBT與SiC-MOSFET在特性上存在顯著差異，而這些差異恰好形成了一種互補關(guān)系。這種互補性，可以推動電動汽車牽引逆變器技術(shù)從“單一優(yōu)化”邁向“動態(tài)適配”。我們具體從下面幾方面來闡述下這背后的底層邏輯。

3.2.1 低電流工況：SiC MOSFET的"輕載王者"

(知識星球發(fā)布）

在CLTC-P/WLTC主流區(qū)間（即低電流工況），SiC MOSFET憑借三大核心優(yōu)勢：

1. 無拐點電壓損耗：導(dǎo)通特性的“直線優(yōu)勢”...

2. 極速開關(guān)與零拖尾電流...

3. 175℃高溫穩(wěn)定性...

圖片來源：英飛凌

3.2.2 高電流工況：IGBT的“重載守護者”

(知識星球發(fā)布）

當(dāng)車輛進入急加速、爬坡等高電流工況時，IGBT憑借三大特性，成為重載效率與可靠性的“壓艙石”...

1. 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)：導(dǎo)通電阻的“低谷優(yōu)勢”...

2. 成本與量產(chǎn)優(yōu)勢：大規(guī)模應(yīng)用的“經(jīng)濟基石”...

3. 3μs短路耐受：異常工況的“安全護盾”...

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

3.2.3 SiC+Si動態(tài)適配特性的核心邏輯

(知識星球發(fā)布）

通過上述對于SiC-Mosfet和Si-IGBT的特性說明，可以看出混碳技術(shù)可以更好地滿足電動汽車的工況需求，其核心特性用一句話概述就是："低電流用SiC、高電流用Si"的動態(tài)適配特性。其核心邏輯主要在于三方面：

......

可以看出，通過在不同工況下合理地選擇使用SiC-Mosfet或Si-IGBT，融合技術(shù)成功地在效率與成本之間找到了最優(yōu)解，為電動汽車牽引逆變器的性能提升提供了一種創(chuàng)新的解決方案。

那么，在了解融合技術(shù)的底層邏輯后，其在工程設(shè)計方面又是如何實現(xiàn)從特性優(yōu)化到系統(tǒng)落地的呢？接下來我們詳細介紹。

圖片來源：Inovance

04

SiC+Si融合逆變器的工程設(shè)計

——從特性優(yōu)化到系統(tǒng)落地全路徑解析

(知識星球發(fā)布）

SiC+Si融合技術(shù)的優(yōu)勢需通過系統(tǒng)工程的思維和方法論才能轉(zhuǎn)化為實際性能。其落地路徑可簡單分為三個層級：器件級 -> 模塊級 -> 系統(tǒng)級。下面我們先概述下整條鏈路，然后逐一展開講講。

4.1 靜態(tài)特性：效率優(yōu)勢的底層支撐（知識星球發(fā)布）

4.2 柵極驅(qū)動方案：動態(tài)性能的核心控制（知識星球發(fā)布）

4.2.1 共同驅(qū)動方案：低成本的基礎(chǔ)適配...

4.2.2 獨立驅(qū)動方案：高性能的精準(zhǔn)調(diào)控...

圖片來源：Infineon

4.3 電磁兼容（EMC）性能：意外的成本優(yōu)勢（知識星球發(fā)布）

4.4 效率與經(jīng)濟性：量化收益驗（知識星球發(fā)布）

圖片來源：Inovance

05 總結(jié)

SiC+Si，成本效益與工程挑戰(zhàn)并存

以上是本次關(guān)于SiC+Si融合技術(shù)逆變方案的全部內(nèi)容，我們從成本效益解決方案、面臨的挑戰(zhàn)、工程實踐要點三方面做下總結(jié)。

5.1 成本效益解決方案（知識星球發(fā)布）

5.2SiC+Si融合帶來的挑戰(zhàn)（知識星球發(fā)布）

5.3 SiC+Si融合的工程實踐要點

關(guān)于Si和SiC融合的工程實踐，需要更多的專業(yè)知識。用戶需要建立系統(tǒng)的工程方法來設(shè)計基于融合的逆變器系統(tǒng)，以下方面需重點考慮：

1. 開關(guān)電阻與延遲設(shè)計原則：設(shè)計開關(guān)電阻和開關(guān)延遲的原則是確保逆變器系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。合理的開關(guān)電阻設(shè)計可以減少能量損耗，而精確的開關(guān)延遲控制則有助于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。

圖片來源：Inovance

|SysPro備注，關(guān)于混碳技術(shù)開關(guān)策略，感興趣的可以查閱星球中相關(guān)文章，相關(guān)文章：

2.1 SiC+Si混合功率器件的4種拓撲

2.2SiC+Si導(dǎo)通特性

2.3SiC+Si開關(guān)特性

2.6 同步開關(guān)中的驅(qū)動強度控制策略上篇：開關(guān)過程詳解

2.13 柵極控制策略在逆變器中的應(yīng)用：調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓結(jié)合時序控制

2.14 柵極控制策略在逆變器中的應(yīng)用：時序控制結(jié)合可變開關(guān)頻率控制

2. 驅(qū)動模式切換策略：根據(jù)電流、結(jié)溫、電壓、工作模式以及EMC要求等因素切換驅(qū)動模式，是優(yōu)化系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。例如，在不同負載條件下，選擇合適的驅(qū)動模式可以提高能源轉(zhuǎn)換效率，降低損耗。

圖片來源：ST

|SysPro備注，關(guān)于驅(qū)動模式切換策略，感興趣的可以查閱星球中相關(guān)文章，這里做個引導(dǎo)：

1.可采用動態(tài)延時校準(zhǔn)，基于損耗模型（開通損耗Eon=Es_on + ΔEc_on、關(guān)斷損耗Eoff=ΔEc_off+Es_off），實時調(diào)整開通/關(guān)斷延遲，實現(xiàn)損耗最小化；通過實時監(jiān)測逆變器的工作狀態(tài)，根據(jù)損耗模型計算出當(dāng)前工況下的最優(yōu)開通和關(guān)斷延遲時間，并及時調(diào)整驅(qū)動信號，從而降低開關(guān)損耗、提高逆變器的效率。相關(guān)文章：

2.9混碳損耗模型（上/下）

2.10 基于損耗模型的混碳動態(tài)延時控制策略

2.可通過自適應(yīng)電流分配，結(jié)合結(jié)溫反饋修正電流分配方程（IMOS = Rce + RdsRceIF + Rce + RdsVknee），使電流能夠根據(jù)器件的實際特性進行合理分配，避免因電流分配不均導(dǎo)致的器件過熱或損壞。相關(guān)文章：

2.4 混合開關(guān)電流分配特性

2.12 柵極控制策略在逆變器中的應(yīng)用：基于負載電流大小的混合開關(guān)時序控制

3. 熱保護策略：在不同復(fù)雜工作條件和冷卻系統(tǒng)故障情況下，準(zhǔn)確估算結(jié)溫對于保護器件至關(guān)重要。有效的熱保護策略可以防止器件因過熱而損壞，提高系統(tǒng)的可靠性和壽命。

圖片來源：Inovance

|SysPro備注，關(guān)于熱保護策略，感興趣的可以查閱星球中相關(guān)文章，這里做個引導(dǎo)：

可建立損耗 - 熱阻 - 結(jié)溫閉環(huán)模型，基于Tj=Tc+Zth(j?c)?Ploss，結(jié)合瞬態(tài)熱阻抗曲線，實時監(jiān)控結(jié)溫，冷卻系統(tǒng)故障時通過降頻、限流保護器件。實施結(jié)溫平衡控制，動態(tài)調(diào)整損耗分配，使SiC與IGBT結(jié)溫差控制在5℃以內(nèi)，避免單一器件老化加速。相關(guān)文章：

2.5 異步開關(guān)中的最佳損耗

2.8/2.9 混碳損耗模型（上/下）

2.12 柵極控制策略在逆變器中的應(yīng)用：基于負載電流大小的混合開關(guān)時序控制

2.11 柵極控制策略在逆變器中的應(yīng)用：高負載下時序控制和驅(qū)動強度控制的對比

4. 系統(tǒng)化工程方法：采用系統(tǒng)化的工程方法可以減少開發(fā)和驗證的工作量，提高開發(fā)效率，降低成本。通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計流程和測試規(guī)范，可以確保系統(tǒng)的質(zhì)量和性能。

|SysPro備注，關(guān)于混碳的系統(tǒng)工程方法，感興趣的可以查閱星球中相關(guān)文章，這里做個引導(dǎo)：

通過參數(shù)決策矩陣，明確不同工況下的驅(qū)動電阻、延遲時間限制因素，降低定制化項目工作量。例如，在不同的工況和溫度條件下，根據(jù)參數(shù)決策矩陣可以快速確定驅(qū)動電阻和延遲時間的合適范圍，減少設(shè)計過程中的調(diào)試和優(yōu)化時間。開發(fā)通用功率模塊平臺，兼容不同Si/SiC配比（如20%SiC + 80%Si、33%SiC + 67%Si），快速適配不同車型需求。相關(guān)文章：

2.4 混合開關(guān)電流分配特性

2.8/2.9 混碳損耗模型（上/下）

2.12 柵極控制策略在逆變器中的應(yīng)用：基于負載電流大小的混合開關(guān)時序控制

SiC+Si混合驅(qū)動技術(shù)全解析：器件特征對比、拓撲分析、WLTP能耗分析、Si SiC選擇原則

以上《SiC+Si多變量融合逆變器 · 從概念到系統(tǒng)方案落地的全景解析》的節(jié)選，完整內(nèi)容、相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)方案資料、深度解讀、視頻解析已在在知識星球「SysPro電力電子技術(shù)EE」中發(fā)布，全文12500字+，歡迎進一步查閱、學(xué)習(xí)，希望有所幫助！