目前大家應(yīng)該是對(duì)新功率（新能源汽車功率器件的發(fā)展與應(yīng)用）比較感興趣的，所以今天好房網(wǎng)小編CC就來為大家整理了一些關(guān)于新功率（新能源汽車功率器件的發(fā)展與應(yīng)用）方面的相關(guān)知識(shí)來分享給大家，希望大家會(huì)喜歡哦。

新功率（新能源汽車功率器件的發(fā)展與應(yīng)用）

接下來我分享一下有關(guān)“新能源汽車功率器件的發(fā)展與應(yīng)用”的主題演講。首先，對(duì)于整個(gè)新能源汽車市場,既然大家今天坐在這里，說明都非?？春檬袌?。從最近各個(gè)新能源汽車公司以及相關(guān)供應(yīng)商的股票來看，漲勢都是“一飛沖天”。從目前資本市場的表現(xiàn)來看，大家已經(jīng)普遍認(rèn)可新能源汽車市場到了爆發(fā)的拐點(diǎn)，接下來要做的事就是靜待開花結(jié)果，一同分享勝利果實(shí)，這是屬于行業(yè)的盛宴。

新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展給半導(dǎo)體芯片帶來一個(gè)非常好的機(jī)遇。去年開始，由于疫情的原因，全球的半導(dǎo)體行業(yè)有些萎縮，但車規(guī)半導(dǎo)體市場在逆勢增長，尤其是SiC市場的倍速增長。今年的情況更加突出，現(xiàn)在大家每天都在談?wù)摰氖虑榫褪莾蓚€(gè)：一是漲價(jià)，二是缺貨。哪家汽車公司因?yàn)樾酒必浺．a(chǎn)多少時(shí)間或是減產(chǎn)，MCU翻了十倍的價(jià)格等等，這些消息比比皆是，但這也確實(shí)是半導(dǎo)體人非常好的機(jī)遇。令我們很欣慰的是，功率器件在新能源汽車中扮演著非常重要的角色，但今年的缺貨居然沒有那么嚴(yán)重。這要得益于我司及其他國內(nèi)半導(dǎo)體同仁們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域深耕多年，所以才為汽車廠商和主機(jī)廠提供了更多的選擇。

在國家最新的《新能源汽車發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》里，政府對(duì)新能源汽車有著非常明確的規(guī)劃。我這里主要看到的幾個(gè)點(diǎn)是：一、新能源汽車銷量預(yù)計(jì)于2025年達(dá)到20%以上，由此可預(yù)見年產(chǎn)銷量將達(dá)到500萬以上。我認(rèn)為，從目前的形勢來看最終的數(shù)據(jù)應(yīng)該會(huì)超過以上提到的數(shù)字。另外,在發(fā)展規(guī)劃中也提出了很重要的要求：純電動(dòng)乘用車新車平均電耗需降至10千瓦時(shí)/百公里，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力電子技術(shù)也被列為要深化研發(fā)布局的“三縱三橫”技術(shù)之一。

相信大家應(yīng)該都已經(jīng)很熟悉，在整個(gè)汽車系統(tǒng)里面，使用大量功率器件主要就是電驅(qū)，少的起碼有一個(gè)電驅(qū)，多時(shí)甚至還有雙電驅(qū)。此外，電源系統(tǒng)DC/DC、升降壓、熱管理系統(tǒng)等都要用到大量的功率器件。我用這個(gè)表格來展示車上功率器件的使用狀況。市場上主要存在的插電混動(dòng)、非常電混動(dòng)與純電模式，是現(xiàn)在大力發(fā)展的幾個(gè)技術(shù)。

在實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)技術(shù)時(shí)，會(huì)使用到大量的功率器件，最小的DC/DC一般會(huì)有幾千瓦，至于DC/AC電驅(qū)100kW是很普遍的，更多的還有200kW甚至300kW，如今匹配發(fā)電還有幾十千瓦，接下來的發(fā)展方向包括快充，快充到40kW是起步，有時(shí)甚至?xí)_(dá)到更高的80kW、100kW，整個(gè)功率算下來一輛車在單電機(jī)已有150kW的功率。

這個(gè)是全球的功率IGBT市場規(guī)模，可以看到在整個(gè)全球中中國市場占到了大概三分之一的比例，比亞迪半導(dǎo)體在中國車規(guī)IGBT占到第二。對(duì)于新能源汽車用功率器件，最主要的功能就是直流到交流電的轉(zhuǎn)換，因此汽車最大的輸出功率，還有扭矩加速能力等，除了跟電機(jī)有關(guān)以外，另外一個(gè)最大的限制就是功率器件，功率器件可能甚至比電機(jī)的限制還大。所以我們基本上認(rèn)為功率器件決定了汽車加速和最大功率輸出率。最大輸出功率時(shí)功率器件上不一定對(duì)應(yīng)最大輸出電流時(shí)刻，這個(gè)可能跟電機(jī)控制是有關(guān)系的，一般來說零到百公里急加速時(shí)電流是最大的。

技術(shù)難點(diǎn)上，無論是功率芯片IGBT，還是SiC，芯片技術(shù)的工藝要求都比較復(fù)雜，可靠性要求高。另外封裝技術(shù)散熱要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)的要求。未來新能源汽車的發(fā)展希望做到12度電的百公里電耗，這需要芯片上有更低的損耗。同時(shí)，希望器件成本越低越好，具備更高集成度、更高工作結(jié)溫;同樣控制器的大小可以輸出更大功率、更加可靠，這樣才能真正把這個(gè)行業(yè)給做起來。

常用的器件是IGBT，大家看一下IGBT的技術(shù)發(fā)展趨勢。第一個(gè)發(fā)展方向是芯片往更薄的厚度去整合，比如現(xiàn)在低壓的IGBT，650 V或750 V IGBT的芯片厚度做到了70微米或60微米。如果說能進(jìn)一步把芯片厚度簡薄，每減薄10微米，飽和電壓能降低5個(gè)毫伏/微米，芯片面積可以做到更小，成本可以更低。但相應(yīng)的會(huì)帶來一些問題，比如芯片做薄了以后耐壓波動(dòng)，高溫漏電可能會(huì)增加，關(guān)斷軟度會(huì)變差，相關(guān)的設(shè)計(jì)、短路耐量都是挑戰(zhàn)。從理論上看IGBT的性能，市場上現(xiàn)在已經(jīng)做到很好了，雖然離極限還是有一些距離，但個(gè)人感覺在此基礎(chǔ)上突破已經(jīng)很困難了，每前進(jìn)一步都要付出更多的心血。下一步的突破可能要從封裝上入手了。

IGBT芯片第二個(gè)趨勢是精細(xì)化。在半導(dǎo)體發(fā)展的初期劃分為兩個(gè)領(lǐng)域:一個(gè)是走精細(xì)加工的集成電路領(lǐng)域，一直往更小的尺寸發(fā)展下去;另一個(gè)是功率器件領(lǐng)域，因?yàn)橐ㄟ^高壓大電流，所以尺寸一般比較大。過去人們主要關(guān)注器件是否能承受高壓大電流，小尺寸并不是非常重要。但隨著新的設(shè)計(jì)理念逐漸深入人心，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)像IGBT、SiC對(duì)尺寸加工精細(xì)的要求越來越高，加工時(shí)會(huì)把最新的集成電路的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到功率器件中來，也會(huì)做一些精細(xì)化的工序，這給系統(tǒng)效率的提升帶來了非常大的助力。

第三個(gè)趨勢是把IGBT和二極管做一個(gè)集成。在這個(gè)方面，日系廠家較為領(lǐng)先，國內(nèi)的供應(yīng)商暫時(shí)還沒有看到可以批量的應(yīng)用的大功率產(chǎn)品的出現(xiàn)，這是接下來國內(nèi)行業(yè)要努力的方向。由于IGBT在使用的時(shí)候，總會(huì)有一個(gè)反并聯(lián)的二極管，如果能夠集成到一起就能夠以更小的面積實(shí)現(xiàn)更好的性能。另外比單個(gè)IGBT芯片的面積有所增加，熱阻會(huì)變得更低，會(huì)得到較低的一個(gè)溫升，這樣的話模塊的體積還能再縮30%，整個(gè)控制器里面的驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)可能就有挑戰(zhàn)。

第四個(gè)趨勢是集成化。系統(tǒng)商希望我們研發(fā)出的產(chǎn)品集成溫度采樣和電度采樣。一般會(huì)在IGBT模塊內(nèi)集成一個(gè)NTC的熱敏電阻去監(jiān)控芯片的結(jié)溫，但NTC的溫度采樣會(huì)有延遲，且和芯片實(shí)際結(jié)溫存在明顯的溫度差，所以并不能很精確地控制，要考慮很多的冗余。現(xiàn)在有很多產(chǎn)品開始在集成的溫度采樣有二極管在芯片上，通過檢測二極管的VF可以與溫度形成線性的關(guān)系，因此我們可以很精確并實(shí)時(shí)測量芯片的結(jié)溫。此外，引入發(fā)射極采樣端子，IGBT的電流可分為兩個(gè)部分，采樣部分跟主路的電流成一個(gè)比例關(guān)系，我們對(duì)電阻上的電壓進(jìn)行采樣的時(shí)候，就能夠很精確的監(jiān)控主電路的電流，甚至在某些領(lǐng)域可以代替電流傳感器。

這是比亞迪半導(dǎo)體現(xiàn)在的技術(shù)路線，2018年發(fā)布了第四代IGBT，也是我們目前在比亞迪全系車上大量搭載的一代產(chǎn)品，表現(xiàn)可謂是非常優(yōu)異。高密度第五代溝槽IGBT也于今年開始量產(chǎn)，在低壓車型上開始搭載，測試的效果還不錯(cuò)。比亞迪半導(dǎo)體今年下半年預(yù)計(jì)發(fā)布第六代產(chǎn)品，性能會(huì)有更加明顯的提升，大家下半年可以期待一下。

剛才提到在電驅(qū)里IGBT的發(fā)展和IGBT芯片發(fā)展的趨勢，IGBT芯片發(fā)展到現(xiàn)在能耗進(jìn)一步降低已經(jīng)變得非常困難，接下來人們更看好的是SiC。比亞迪在去年推出的“漢”EV的車型上已全面搭載SiC模塊。如果考慮電源系統(tǒng)比如OBC，比亞迪從一開始做新能源汽車就在使用SiC。電驅(qū)系統(tǒng)于去年開始搭載SiC，是全球第二款采用SiC電驅(qū)的量產(chǎn)車型。我們的測試結(jié)果顯示，整個(gè)電控效率基本上提升了5-8%，跟IGBT相比百公里功耗大概降低了0.5度電。目前看來SiC的量產(chǎn)還是具備挑戰(zhàn)性，還需在經(jīng)濟(jì)性上做進(jìn)一步評(píng)估。但給消費(fèi)者帶來的好處是實(shí)實(shí)在在的，因?yàn)橄M(fèi)者駕駛車的續(xù)航里程增加了，電耗也降低了，汽車重量也變得更輕了。

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