实现SiC器件与高速电机、电控系统的全方位优化、匹配

比利时·蒙 - 圣吉贝尔和中国·武汉 – 2020年3月30日 – 各行业所需高温半导体解决方案的领导者CISSOID日前宣布：公司已与华中科技大学电气与电子工程学院达成深度战略合作协议，双方将携手研发针对碳化硅（SiC）功率电子应用的全方位优化、匹配的电机和电控系统，以充分发挥SiC器件的高频、高压、高温、高效率、高功率密度等性能优势，更好地满足工业和新能源汽车应用的广泛需求。

近年来，为了追求更高的转换效率和功率密度，在工业和新能源汽车等领域，系统设计师们逐步开始采用SiC器件替代传统的、基于硅（Si）工艺的IGBT器件。然而，这种替代目前仍然处于早期阶段，在大部分应用中，包括SiC功率模块及电力驱动总成，依然在借用原有的、继承自IGBT部件的构型设计。例如，在新能源汽车电驱动系统中使用SiC MOSFET时，多数方案仍在沿用IGBT功率模块的封装形式，以及沿用较大体积的总线电容、水冷系统；在动力输出方面，则沿用了适配IGBT较低开关频率的低速电机和变速箱（特斯拉的Model 3型新能源汽车甚至釆用了分立器件封装形式，而不是整合的功率模块封装）。这些情况，显然束缚了整个动力驱动总成效率的提升，影响了SiC MOSFET性能优势的充分发挥。

为了解除这些束缚，使得SiC功率器件能够充分发挥其卓越的性能优势（高频、高压、高温、高效率和高功率密度），有必要将SiC功率模块与电机、电控系统进行全方位的匹配，以使整个动力驱动系统获得最佳的优化。此次CISSOID与华中科技大学电气与电子工程学院的强强联手，正是要发挥合作双方各自的优势能力，开展前沿技术的研究开发。合作的重点包括：

• 研发适用于SiC较高开关频率的小型高速电机，及对应的变速箱；
• 研发匹配SiC特点的小型、耐高温的功率模块封装，并在模块内部芯片布局的设计上，努力减小模块自身的寄生电感；
• 釆用CISSOID的耐高温门级驱动IC设计SiC 功率驱动方案，并合理布局，尽可能缩小SiC驱动与功率模块之间的安装距离，以求实现驱动回路的寄生电感最小化；
• 从整机规划入手，采用较小的总线电容和冷却系统，实现智能功率模块、控制器、总线电容和冷却系统的高整合度，实现小型化，显著提高动力总成的转换效率和能量密度。

“无论是在研究还是在实际工业应用中，业界一直都在追求电机和电气的完美整合。如今，工业和新能源汽车技术正在快速发展，大规模的电机和电气应用将牵引、推动这一追求达到极致。”华中科技大学电气与电子工程学院孔武斌副教授表示。“目前，基于高可靠性SiC器件的应用在匹配电机的电气设计方面已有很大改善；但业界原有的、基于硅器件的门级驱动，可靠性等方面还相对较弱，这已成为了实现高水平应用的瓶颈。CISSOID的高温半导体芯片和封装技术，及其在石油、航空航天等高端应用领域所积累的高可靠系统设计经验，将极大地帮助我们实现完美的电机和电气一体化设计，满足未来工业及新能源汽车领域的更高需求。”

“我们很高兴能与华中科技大学电气与电子工程学院展开合作；该学院是中国一流的科研机构，拥有完备的科研创新平台，承担了多批国家重要研究项目，并持续推动电机与电气技术向前发展，以及在工业、汽车及航空航天领域进行广泛应用。此次双方开展研发合作，将会针对SiC功率电子应用，开发出完全匹配、且经过全方位优化的电机和电控系统，旨在为工业应用，特别是新能源汽车应用提供更为优秀的产品。”CISSOID首席执行官Dave Hutton先生表示。“CISSOID一直都十分注重与中国半导体产业的融合发展，我们已经融入了来自中国的投资，并已在芯片制造、封装测试等方面与中国公司进行了广泛的合作。此次与中国的一流科研机构合作，则进一步凸显了CISSOID力求广泛融入中国半导体产业生态的战略。”

根据中国汽车工业协会发布的数据，继2018年之后，2019年中国新能源汽车产销量再次双双突破120万辆，分别为124.2万辆和120.6万辆。新能源汽车的发展持续处于高位，使得SiC功率器件得到了越来越多的重视和应用。但是，随着功率半导体的平均结温不断上升，在大量应用SiC功率器件的同时，如何通过耐高温驱动器提供良好配合，就变得异常重要。此次CISSOID公司和华中科技大学电气与电子工程学院开展合作，正是要利用业界领先的耐高温驱动器件，为SiC功率组件提供支持，实现电机与电控系统的完美匹配和全面优化，进而获得最佳的效率和功率密度。未来，合作双方将携手推出高可靠性的解决方案，包括高质量的、优化的SiC智能功率模块（IPM）和拥有最佳匹配性能的电机、电控系统参考设计，以助力中国工业和新能源汽车领域加速发展。