特斯拉如何减少75%的碳化硅的使用？

在特斯拉投资者大会上，特斯拉表示下一代汽车平台的动力总成中将减少75%的碳化硅使用。特斯拉是第一个将SiC引入动力总成中的。现在以SiC为代表的第三代宽禁带半导体刚刚开始登场，中国企业做好了大举进入的准备，刚要有点成绩，特斯拉的表态把市场都震动了。

马斯克的“鸿图大愿”经常未达预期，不过在碳化硅这事上，已经有一些比较明确的技术路线。Part 1

碳化硅在哪里使用？

特斯拉是全球第一个在电动汽车的动力总成里面使用SiC的，是用在逆变器的功率模块上。

由于汽车动力电池的直流电需要转换成三相交流电（U、V、W）才能为驱动电机供电，提供这个从直流电到交流电转换的是功率模块的三相开关威廉希尔官方网站 。在Model3之前，开关威廉希尔官方网站 大多是用IGBT模块组成。而Model 3 车型正是是首次应用碳化硅（SiC）功率元器件的电动车型，用的是来自意法半导体的650V SiC Mosfet。

功率元器件是通过PWM 脉冲宽度调制来进行的，通过改变脉冲宽度和频率，就可以调节驱动电机的扭矩和转速。

● 当PWM信号的脉冲宽度导通时间越长则电机输出的扭矩越大

● PWM信号的频率越高则电机的转速越高。

特斯拉首次用的SiC，对于提升电驱动系统效率有很大的帮助——特斯拉的能耗做得很出色，比大多数企业都要低5%左右，SiC功不可没。直观来看，就是实现相同的续航里程，特斯拉用到的电池度数更少。

但这次为什么特斯拉要减少SiC的使用呢？主要还是因为成本高——SiC的成本是传统IGBT的三、四倍。

Part 2

特斯拉逆变器的自主设计

特斯拉能降低SiC的使用，还要从特斯拉自主设计逆变器的能力说起。因为特斯拉很早开始自主设计逆变器，所以有这个技术储备可以对其进行深度改造。目前特斯拉已经有三代自主研发的逆变器：

● 第一代逆变器

特斯拉Roadster这个车型的动力总成上用的PEM，采用的IGBT单管，标准的TO247封装，每个开关由14片IGBT单管并联，一个逆变器总共使用了84片IGBT单管；后来还换用了供应商，让IR做定制的单管IGBT （600V 120A AUIRGPS4067D1），同样采用14片并联。

● 第二代逆变器

用在 Model S的动力总成上，仍然采用TO247封装的IGBT （IKW75N60T），每个开关为16 个IGBT单管并联，共用了96片IGBT。

● 第三代逆变器

Model 3和Y上用了全新一代的逆变器。除了选择功率器件SiC，彻底改变了逆变器的整体设计；特斯拉还与功率半导体厂商共同研发了新功率芯片，合作新封装的开发， 特斯拉定制的TPAK（Tesla Pack）模块横空出世。

在功率模块上特斯拉采用并联的技术，围绕多管并联，特斯拉可以根据其电动车驱动系统中不同的功率等级，选择不同数量的TPAK并联，都在同一个封装内，只需对外部威廉希尔官方网站 、机械结构进行微小改动，就能满足各种电动汽车行驶要求，大大增加了设计灵活性。

逆变器的威廉希尔官方网站 板上主要分为低压威廉希尔官方网站 和高压威廉希尔官方网站 。

● 高压域中的主要功能包括：

• 自研的功率半导体模块；‍

• 隔离式栅极驱动器 –连接MCU和功率半导体的器件，负责隔离高压和低压；

• 偏置电源 – 负责从低压侧获取能量并向功率半导体生成栅极驱动电压

• 隔离式电压和电流检测 – 负责检测直流链路电压和电机相电流，并确保向电机施加正确的扭矩

• 有源放电 – 负责将直流总线电容器电压放电至安全电压

● 低压电部分主要是整个逆变器的微控制器 (MCU) ，里面的软件控制的生成脉宽调制 (PWM) 信号，来驱动功率半导体。

MCU 的软件进行电流采样和位置编码采样，在闭环中运行感应和速度控制。

MCU采集电机的状态是通过旋转变压器或霍尔效应传感器。

小结：特斯拉可能的解决方案

基于现在的逆变器以及其中最重要的功率模块和控制威廉希尔官方网站 ，特斯拉积累的自研能力，可以通过串联SiC和IGBT来实现减少SIC的使用。我们还找了一些实际的技术进展，可以预见到能综合运用了先进的控制威廉希尔官方网站 ，在降低成本的同时，提高逆变器效率。

审核编辑：刘清