新能源汽車需要怎樣的主驅(qū)逆變器？汽車廠商又如何選擇合適的主驅(qū)方案？

隨著新能源汽車的發(fā)展，其關(guān)鍵部件主驅(qū)逆變器的重要性越來越高。市場對主驅(qū)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(qū)技術(shù)方案；汽車廠商又如何選擇一款合適的主驅(qū)方案？

近年，新能源汽車在全球各大主流汽車市場取得了長足發(fā)展，根據(jù)歐洲汽車制造商協(xié)會ACEA的數(shù)據(jù)，2023年1-10月歐盟國家累計新能源汽車（BEV+PHEV）注冊量約194萬輛，同比增長約32%，滲透率超過20%；而乘聯(lián)會公布的數(shù)據(jù)中，國內(nèi)同期新能源汽車零售量高達(dá)596.2萬輛，同比增長34.7%，滲透率更是高達(dá)34.5%。

隨著市場擴(kuò)大以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，新能源汽車早已從以往的政策驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品驅(qū)動。從近幾年的新能源汽車產(chǎn)品也能夠看到，無論是自動駕駛、座艙等智能化程度，還是續(xù)航里程、電驅(qū)系統(tǒng)性能等方面都有了很大的提升。

主驅(qū)逆變器作為控制主驅(qū)電機(jī)的關(guān)鍵部件，它將電池包的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機(jī)的交流電，其轉(zhuǎn)換的效率則很大程度上決定了車輛行駛的能耗表現(xiàn)。同時主驅(qū)逆變器的峰值功率配合高性能的主驅(qū)電機(jī)，也決定著車輛的整體性能。

主驅(qū)逆變器發(fā)展趨勢

車輛續(xù)航里程越來越長、性能越來越強(qiáng)已經(jīng)是今天新能源汽車的主要發(fā)展方向，比如今年500km以上的續(xù)航里程已經(jīng)成為了主流BEV（純電動車）的標(biāo)配；HEV（混合動力汽車）續(xù)航里程不少已經(jīng)超過1000km，甚至有部分BEV車型CLTC(中國輕型汽車行駛工況)續(xù)航里程也超過1000km。

當(dāng)然，提升續(xù)航里程，也可以通過提高電池包容量來實現(xiàn)。但目前電池能量密度受限于材料等因素，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(qū)動能耗，即實際續(xù)航里程的增幅會小于電池容量增幅。

所以提升新能源汽車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵，其實可以看成是電池包容量和驅(qū)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(yōu)化主驅(qū)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(jī)的功率越來越高，主驅(qū)電機(jī)峰值功率可以超過300kW；另一方面是驅(qū)動電機(jī)數(shù)量的提升，繼雙電機(jī)和三電機(jī)之后，今年還出現(xiàn)了數(shù)款四電機(jī)車型，這對于電機(jī)以及配套的逆變器等設(shè)備的功率密度要求將會更高。

縱觀近年來主驅(qū)逆變器的發(fā)展情況，首先是新能源汽車?yán)m(xù)航里程的需求下，更高效率的主驅(qū)逆變器就成為了主流需求；

其次是進(jìn)入電動汽車時代，電機(jī)功率越來越大，與此同時主驅(qū)逆變器要支持的峰值功率也更大，在車輛有限空間內(nèi)，需要更高功率密度的主驅(qū)逆變器；

另外，在新能源汽車市場不斷擴(kuò)張的過程中，需要持續(xù)降低整車成本，作為車輛核心部件之一的主驅(qū)逆變器，市場必然對其降本增效有更大的需求；

最后，在整體技術(shù)迭代速度較快的情況下，如何保證主驅(qū)逆變器整體工作的穩(wěn)定可靠，也是用戶最關(guān)注的點之一。

所以我們可以將主驅(qū)逆變器的發(fā)展趨勢，簡單總結(jié)成四點：更高效率、更高功率密度、安全可靠、低成本。

但要實現(xiàn)這些目標(biāo)并不簡單，要提高主驅(qū)逆變器的轉(zhuǎn)換效率，從器件、芯片到驅(qū)動電路設(shè)計再到散熱設(shè)計，都需要進(jìn)行多方面的優(yōu)化。比如采用更低損耗的功率器件、柵極驅(qū)動IC，或增強(qiáng)功率模塊的散熱性能。

從IGBT到SiC，從400V到800V平臺，

技術(shù)方案不斷演進(jìn)

在主驅(qū)逆變器中，由于成本優(yōu)勢，目前主流的解決方案是基于硅基IGBT。隨著SiC的廣泛應(yīng)用，主驅(qū)電壓等級也正在從如今的400V往800V加速發(fā)展。

在技術(shù)更替的背后，實際上正是為了滿足高效、高功率密度等的需求。相比于硅基IGBT，SiC MOSFET在器件關(guān)斷時拖尾電流較小，器件的開關(guān)損耗也會較小；同時電動汽車在日常低負(fù)載工況下，主驅(qū)逆變器所需輸出的電流大小遠(yuǎn)低于額定電流值，而SiC MOSFET在中低電流下的導(dǎo)通損耗相比IGBT要低得多，在整體系統(tǒng)中具有顯著的效率提升。

功率密度方面，SiC MOSFET可工作于更高的開關(guān)頻率，損耗更低，因此對散熱要求較低，可有效減小驅(qū)動部件以及水冷部件的重量及體積；同時高開關(guān)頻率也降低了無源器件的尺寸和成本，因此SiC主驅(qū)逆變器在相同功率下，體積能夠大幅下降。

不過在800V平臺下，由于電壓翻倍，主驅(qū)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(qū)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，其采用的牽引逆變器方案豐富多樣，比如有出于成本考量，在雙電機(jī)車型中選擇在主驅(qū)逆變器采用SiC，輔驅(qū)逆變器采用硅基IGBT的方案；電機(jī)布局上有前后雙電機(jī)、后二前一、后置單電機(jī)、前置單電機(jī)等；而HEV以及PHEV目前的驅(qū)動方案更是百花齊放，比如發(fā)動機(jī)串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、增程等，根據(jù)電機(jī)分布，以及發(fā)動機(jī)是否有直驅(qū)部分等延伸出多種驅(qū)動方案。

因此，在驅(qū)動方案多樣的情況下，能夠為不同方案提供完備的芯片選型以及牽引逆變器解決方案的芯片廠商，對Tier1和主機(jī)廠而言就十分重要了。

英飛凌一站式牽引逆變器解決方案

作為全球汽車芯片巨頭，英飛凌推出的產(chǎn)品幾乎覆蓋汽車牽引逆變器上所有的組件，并提供一站式的應(yīng)用解決方案。據(jù)了解，英飛凌提供包括AURIXTM MCU、EiceDRIVERTM無磁芯隔離驅(qū)動芯片、OPTIREGTM PMIC、XENSIVTM電流傳感器、IGBT/SiC單管和模塊在內(nèi)的主驅(qū)逆變器核心部件，應(yīng)用范圍覆蓋混合動力汽車、電動汽車的多種需求。

在主驅(qū)逆變器中，MCU可以看作是系統(tǒng)的大腦。MCU在逆變器中負(fù)責(zé)執(zhí)行駕駛員的操作指令，通過電流傳感器等信號確定電機(jī)工作狀態(tài)，使用FOC算法向柵極驅(qū)動器發(fā)送控制脈沖PWM，而MCU則繼續(xù)根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)確定電機(jī)位置和轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

汽車應(yīng)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(qū)逆變器提供多達(dá)六核的高性能架構(gòu)，支持最高ASIL-D的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。同時英飛凌OPTIREGTM PMIC可以搭配AURIXTM 系列MCU，為主驅(qū)逆變器MCU以及外圍電流傳感器等芯片供電的同時，對MCU、系統(tǒng)工作狀況等進(jìn)行監(jiān)測，作為最后一道安全屏障。

EiceDRIVERTM無磁芯隔離驅(qū)動芯片用于驅(qū)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(xiàn)對功率器件的快速關(guān)斷與導(dǎo)通。而隔離驅(qū)動芯片顧名思義，是在驅(qū)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(jìn)行電氣隔離，保障系統(tǒng)安全。在主驅(qū)逆變器中采用EiceDRIVERTM 驅(qū)動芯片，能夠減少額外的器件使用，降低系統(tǒng)成本，同時與英飛凌功率器件有很強(qiáng)兼容性，使用便利性、運行穩(wěn)定性有保障。

功率器件方面，英飛凌提供了多種適配不同應(yīng)用的產(chǎn)品，比如Hybrid PACKTM 和EasyPACKTM IGBT模塊產(chǎn)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(qū)間。該系列產(chǎn)品提供基于6種不同封裝的多個版本，從而實現(xiàn)了電壓及功率等級拓展性的最大化。

EasyPACKTM則面向小功率的應(yīng)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。盡管依然是采用硅基IGBT，但其基于EDT2芯片技術(shù)，在低負(fù)載下效率更高，相比上一代產(chǎn)品降低了20%的損耗，能夠顯著提升新能源汽車的續(xù)航里程。

高端應(yīng)用上，英飛凌目前已經(jīng)推出了基于IGBT和SiC器件的HybridPACKTM Drive G1&G2車規(guī)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，并使用了基于英飛凌新一代芯片技術(shù)EDT3的IGBT，以及CoolSiCTM G2 MOSFET。

較強(qiáng)的柵極氧化可靠性及一流的開關(guān)和導(dǎo)通損耗，在高效率、高功率密度方面都有出色表現(xiàn)。

目前英飛凌的IGBT和CoolSiCTM MOSFET產(chǎn)品已經(jīng)在多款新能源汽車主驅(qū)逆變器上應(yīng)用，相關(guān)產(chǎn)品無論是能效表現(xiàn)還是性能表現(xiàn)，都處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

所以，對于新能源汽車而言，英飛凌的主驅(qū)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(xù)航里程；高功率密度帶來體積更小的主驅(qū)系統(tǒng)，能夠拓寬車內(nèi)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(chǎn)品優(yōu)勢，在多款新能源汽車產(chǎn)品上應(yīng)用的優(yōu)秀反饋也證明了這點。

寫在最后

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(qū)逆變器，可以看到無論是器件技術(shù)還是方案的演進(jìn)，比如更高效的功率器件、更高集成度的驅(qū)動芯片、更高的平臺電壓、更多樣的驅(qū)動方案等，都圍繞著這四大方面發(fā)展。

對于未來仍有巨大發(fā)展空間的新能源汽車市場來說，主驅(qū)逆變器作為最核心的部件之一，也將跟隨市場發(fā)展而加速迭代升級的進(jìn)度。可以預(yù)見不久的將來，主驅(qū)逆變器領(lǐng)域還會涌現(xiàn)更多創(chuàng)新方案。

審核編輯：劉清