多合一SiC电驱“卷”出了怎样的水平？

　　作为一种新型半导体材料，碳化硅（SiC）具有高临界击穿电场、高热导率、高介电常数等优点。在高温、高压和高频等极端环境下具有更好的稳定性和可靠性，能提升能源转换效率，降低系统损耗，减小设备体积。因此，SiC被广泛应用于汽车、电网和可再生能源等领域，新能源汽车应用占比达49.9%，是核心市场。

　　复旦大学特聘教授、清纯半导体董事长张清纯表示：中国碳化硅产业经过2~3年的发展，国内碳化硅材料在全球占比已经逐步加大，逐渐成为主流。中国企业已经将SiC外延缺陷做到接近于零，8英寸晶圆在国际上领先，成本下降约40%。国产SiC供应商已经为国产材料的全面导入做好了准备。我国新能源汽车本来就已经处在极度内卷的状态，SiC成为卷王的“新宠”，那么在过去一年中，国内头部企业电驱领域产品卷出了怎样的浪花？

　　卷技术：特斯拉大幅优化Gen4 SiC电驱平台

　　早在2018年，特斯拉就在Model 3上首次采用意法半导体（ST）的650V SiC MOSFET逆变器，相较Model X等采用IGBT的车型实现了5%~8%的效率提升，并在后继的升级型号中不断提升性能，技术日趋成熟。

　　特斯拉SiC逆变器平台从第一代发展至今（第四代），主要有以下几方面的演变：一、只采用了SiC、IGBT两种功率器件封装的形态，两种工艺平台；二、尽可能用同一款逆变器去匹配所有车型；三、初代和二代产品采用了成熟的T0247的封装，实现了超大功率的功率输出；四、从第三代开始，首次采用新的碳化硅模块封装平台，以及逆变器的平台，同时兼容IGBT的封装以及混合模块的封装。

　　据国内技术团队爆料，特斯拉在Gen4主驱逆变器中修复了Gen3中潜在的栅级谐振的风险。早在2022年4月，特斯拉发出召回公告。公告称由于器件的一致性差异，可能会导致逆变器的损坏。一年后，特斯拉发布了第四代电驱，通过拆解对比，我们不难发现，主要调整正是来源于碳化硅器件——安装位置、特殊工艺，这些细微的差别可能会导致碳化硅的开关特性，尤其是反向二极管的恢复特性的不一致性。如果叠加上它在并联回路中的换流环路的不对称性，那么在某些工况下就容易激发出严重的栅级谐振。

　　那么特斯拉是如何优化工艺，规避风险呢？致瞻科技功率模块事业部副总经理徐贺从三个方向进行了分析：第一，更严苛的筛选，从SiC器件源头降低不一致性；第二，优化AC输出回路，降低环路的不对称性；第三，大幅优化平台结构。

　　尤其是第三点，特斯拉做了相当大量的工作。第四代平台内构更短，能有效降低50%以上的杂感；Gen4将母线电容芯子直接灌封到逆变器的壳体里面，与高压接插件等一体集成，减少工序，降低了BOM的成本；从母线铜排回路设计角度来看，Gen4最大的改动是将功率器件正负的方向做了调整，即控制碳化硅芯片的GS的pin角，尽可能远离交流输出铜排。如此一下就能够节省出来较多的空间进行驱动回路布局，使整机纵向尺寸大大缩减；电路设计方向，Gen4平台集成了更多和功能安全相关的冗余电路，包括第二个高压应急电源、烟火开关、电流传感器，还采用了红外传感器的方式去测量器件温度。

　　即便增加了这么多的电路之后，Gen4的尺寸依然比Gen3平台更加合理更加紧凑，特斯拉的设计实力有点过于强悍了。

　　此外，Gen4平台首先采用了模组的布装——将钎焊后的封闭式散热器和功率器件进行烧结，整体作为一个部装来输送到总装的产线上。与由外壳体、高压接插件以及母线电容组成的另一个部装集合在一起。焊接母排、PCB板后基本完成了。相比Gen3的串行组装流程，效果好、节拍短，大幅度提升良品率。

　　去年年初，特斯拉宣称：在下一代主驱逆变器上，会减少75%的碳化硅使用量，引起了行业不小的震动。但据专业人士分析，若要实现该目标，需要引入新的混合应用技术来保证轻载损耗。换句话说，特斯拉很有可能已经掌握了新的混合器件技术，但这绝不代表特斯拉会抛弃碳化硅。

　　卷成本：吉利把11个部件塞进了SiC电驱系统

　　得益于碳化硅的高耐压性与低导通损耗，高压充电平台从400V一跃迎来“800V+”时代。其中最重要的部件升级就是电驱系统。近年来电驱功率正从200kW区间逐步向250kW、300kW的方向发展。目前市场上有大量集成电驱解决方案，从最初的三合一逐步往六合一、七合一方向发展。但今年吉利最新发布的集成电驱把这一数字提升到了十一。

　　吉利“十一合一”智能电驱系统将传统的三大件、电机、减速器、MCU、VCU、HBMS、LBMS、OBC、DC/DC、PDU、TMS、EVCC（国外的充电模块）等11个部件融于一体，体积减少30%，重量减轻25%，同级效率90.04%，核心零件仅79.8kg。

　　如何在保证性能的前提下提高集成度，吉利新能源中心电驱系统部总工程师纪小庄认为关键在于吉利的高集成轻量化技术。该技术对电驱的革新非常全面，从油冷、一体化压铸、EMC防护、NVH优化、整车动力控制、智能化等角度均有完整的升级方案。仅EMC防护这一项中，吉利就采用了多级滤波控制技术、高低压隔离、多频段抑制、PCBA铝箔设计等工艺技术。无论是EMC单体还是整车均已通过国标测试。

　　除一些行业趋同的发展外，吉利在大量细节中创新探索。比如小功率扁线电机、磁缸分段、低速变载算法、低摩擦轴承等。

　　电驱的发展影响着整车的“能耗、质量、性价比、舒适性”。随着碳化硅的加入，充电技术将补上纯电汽车补能的短板。纪小庄表示，在500公里续航的应用下，纯电车已完全可以替代油车或混动。

　　卷行业：华为多合一DRIVE ONE电驱动技术再破行业上限

　　去年年底，华为发布了“DriveONE智能电驱平台”，这里面当然有SiC的身影。

　　HUAWEI DriveONE智能电驱平台采用了SiC高压四驱组合，双电机的最高功率可达430kW。微控制器（MCU）效率超过99.5%；整体电机的效率达98%，与传统的硅基IGBT模块相比，功率损耗降低50%。同时搭载了目前全球量产的最高转速电机，体积比同级别产品减小了10%，重量降低了10余公斤，最高转速达到了22000转。

　　此外，HUAWEI DriveONE智能电驱平台还采用了高效SiC高压同步总成——基于高效SiC模组以及华为电机仿真寻优平台，CLTC工况动力总成效率达到了92%，相较业界同类方案，高出约1.5%。采用智能油冷2.0技术，不仅提升了关键部件的有效冷却，确保系统可靠性的同时还能显著减小电驱系统的体积。

　　据华为数字能源技术有限公司智能电动产品线战略与产品规划部融合电控规划总监李方林介绍，在充电方面，该平台支持750V和900+V双电压适配，在250A的快充桩上就可以实现急速4C充电，7.5分钟把电池SOC（充电率）从30%提升到80%，续航增加250km。加上“新一代全液冷超充架构”的充电网络解决方案，“1秒1公里”，“充电5分钟，行驶200公里”已成为现实。

　　今年稍早，华为董事、华为数字能源总裁侯金龙就开公表示，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代功率半导体技术已经成熟，电动汽车全面走向高压化。华为计划今年在全国340多个城市和主要公路投入10万根以上的华为全液冷超充桩。

　　结束语

　　据不完全统计，2024年的北京车展中就有超过70款搭载了SiC器件的新车。新能源汽车“含SiC量”越来越高的背后不仅体现了市场对SiC的期望，也隐含着我国SiC产业链的日趋完善的深意。数据显示，2023年全球碳化硅产业总产值约11.4亿美金，同年中国碳化硅外延设备市场规模约为13.07亿元人民币，预计到2026年将增至26.86亿元。

　　活跃的市场也让国内外头部企业抓紧加大投资力度：美国Wolfspeed计划投入65亿美元扩充产能，2023年产能已达207万片；日本罗姆计划2021-2027年投入5100亿日元（约37亿美元）; 安森美投入20亿美元扩建产线，计划到2025年实现年产量117.6万片；英飞凌总投资50亿欧元，预计24年下半年出货；意法半导体升级了西西里岛工厂，并与三安成立合资公司（投资约220亿人民币）。

　　国内厂商中，天科合达的年产能为29万片，预计25年可提升至90万片；露笑科技年产量为20万片，预计25年可扩产至30万片；三安光电、东尼、烁科、科友、同光、天岳先进、中电化合物等企业均有1.5至2倍的扩产计划，预计2026年我国碳化硅晶片年产量为468万片，可满足3000万辆新能源汽车需求。

　　目前我国大尺寸SiC MOSFET成品率显著提升，各细分行业均涌现出典型代表和应用。加工工艺与跨国龙头企业的差距正快速缩小。国内代表性企业典型1200V产品系列核心参数已全面对标国际一流水平，相信在不久的将来，中国有可能主导全球SiC半导体产业。