导语：致瞻科技团队自2014年起在碳化硅MOSFET应用领域深耕，凭借来自美国GE全球研发中心的核心团队，成功开发了多项业内首创产品，包括全球首个10kV母线、2MW的全碳化硅中压逆变器。此后，为了更好迎合市场发展的需求，致瞻科技团队基于第一性原理，从工程师思维转向工程商人思维，针对氢能、电动汽车空调压缩机及液冷超充领域推出全碳化硅控制器产品，迅速引领市场技术路线，为碳化硅行业开辟新细分市场。
致瞻科技这一转变基于Elon Musk所提的第一性原理，即基于物理本质和经济学的模型化思维，特别是成本模型，该模型在Tesla的业务逻辑中得到了全面应用，从产品战略到供应链管理，均以实现体系化降本为目标。
今天我们一起来学习下来自致瞻科技的主题汇报《特斯拉碳化硅主驱逆变器技术演进路线解析》，作者：董家展、白淼光、郑福军、孙萌萌、付士俊、崔建勇、朱楠、徐贺。主要回答了下面几个问题：
致瞻科技如何"破茧重生"？给行业的启示？
第一性原理是如何在Tesla主驱逆变器设计中应用的？ Gen4逆变器相较于Gen3有哪些显著的提升？ 是如何通过优化设计和创新实现优化和降本的？ Tesla是如何通过Hybrid Si/SiC减少75%的碳化硅用量的？有什么局限性？
4.1 系统表现、Gen3的缺陷与产生机理 4.2 交流输出Busbar优化设计 4.3 母线电容设计优化 4.4 母线铜牌回路设计优化 4.5 功率铜排工艺改进 4.6 电路设计对比 4.7 驱动电源设计 4.8 输出电流采样的优化 4.9 驱动电路设计优化 4.10 工艺设计的优化 4.11 工艺过程的优化
01
致瞻科技的"破茧重生"与行业启示
下图展示了致瞻科技从2013年到2024年产品发展路线。
致瞻科技团队自2014年起在碳化硅MOSFET应用领域深耕，凭借来自美国GE全球研发中心的核心团队，成功开发了多项业内首创产品，包括全球首个10kV母线、2MW的全碳化硅中压逆变器。然而，市场的反馈却并未如预期般热烈，技术的先进性并未能迅速转化为市场份额。这一时期的挫折，让致瞻科技深刻反思，开始探索新的发展方向。
在此之后，致瞻科技的团队成员转变思维方式，从工程师思维转向了工程商人的思维，先后在业内首推了针对氢能、电动汽车空调压缩机及液冷超充领域的全碳化硅控制器产品。产品一经推出，便迅速引领并主导了市场上的技术路线，为碳化硅行业开辟了新的细分市场。这一经历带给致瞻科技深刻的启示：只有技术和市场均成功，才会有人跟随前行。
那么，这个思维的转折点在哪里呢？我们继续向下看。
图片来源：致瞻科技
02
特斯拉产品设计的底层逻辑
致瞻科技的这一转变正是基于Elon Musk所提的第一性原理：基于物理本质和经济学的第一性原理，并尝试采用模型化的思维来分析事物，这个模型就是“成本模型”。
分析Tesla的业务逻辑，你会发现它全业务基于Cost model来实施体系化降本，从产品战略及定义、研发设计到生产制造、供应链管理、营销服务等各个方面。比如推出单品爆款车型、大压铸技术、18650电池的规模化应用、碳化硅器件的应用、热管理设计革新、整车组装工艺创新等，无不印证着这个理念。如下图所示。
具体到逆变器层级，第一性原理体现在以下几点通用的手段：
1.采用大单品模式，以极度克制的产品组合，追求极致的规模化降本； 2.硬件的同质化和标准化； 3.工艺的平台化； 4.结构少件化； 5.硬件集成化等方面。
在这个优化过程中，我们也要时刻注意约束条件随时间或技术发展的变化。比如，当时的前提条件是什么，现在是否发生了变化？以及这些变化会引入什么新的问题？在这个优化过程中，结果也会随实时变化进行迭代更新。
下面致瞻科技以Tesla主驱逆变器为对象，探究了他们是如何在前后几代产品路演中落实这一理念的？
03
特斯拉主驱逆变器：20年、4代、2种封装、1种设计
下图展示了Tesla主驱逆变器前后四代的演进路线。
针对第一代和第二代主驱逆变器，基于当时市场供应情况及其供应链整合能力，Tesla采用了TO247单管封装，通过充分发挥工程设计自由度，在实现超大功率输出和最短入市时间的情况下，仍具备较好的功率扩展能力。而2017年及以后推出的第三代和第四代逆变器，则首创了业内第一款面向车规级碳化硅的器件封装形式和逆变器结构设计，同时兼容IGBT封装甚至混合器件封装，也具备较好的功率扩展能力。
近二十年来，特斯拉仅采用两种器件封装形式、两个生产工艺平台，所有车型均复用同一逆变器设计，充分发挥了大单品战略精髓。
04
特斯拉Gen3和Gen4主驱逆变器的主要差异
(知识星球发布)
4.1 系统表现、Gen3的缺陷与产生机理 4.2 交流输出Busbar优化设计 4.3 母线电容设计优化 4.4 母线铜牌回路设计优化 4.5 功率铜排工艺改进 4.6 电路设计对比 4.7 驱动电源设计 4.8 输出电流采样的优化 4.9 驱动电路设计优化 4.10 工艺设计的优化 4.11 工艺过程的优化
4.1.1 系统表现
针对400V平台，Gen4相较于Gen3逆变器在功率密度和重量上有显著的提升：实现32%体积和19%重量减少，同时预计最大输出功率超过400kW（Semi/Cybertruck车型）。如下图所示。
图片来源：致瞻科技
4.1.2 Gen3的缺陷
除了宏观上指标之外，Gen4相较于Gen3，其中一个较大的改动是极大规避了栅极谐振风险。致瞻科技科技认为这是Gen3电驱存在的一个主要缺陷。
2022年4月7日，Tesla发布召回公告，隐晦地说明了半导体的一致性差异问题。这个问题致瞻科技在2020年项目开发中遇到过，并就此提展开过详细的分析并提出了相应的解决方案，在业内引起了不小的反响。感兴趣的小伙伴可以阅读下面这篇文章：
致瞻科技：特斯拉批量召回可能原因分析--隐蔽的碳化硅MOSFET栅极谐振问题
这个事情发生的一年后，特斯拉发布了Gen4电驱，其新的逆变器产品按照致瞻科技给出的解决方案进行了改良，基本印证了之前的猜测。
图片来源：致瞻科技
4.1.3 缺陷产生的机理
致瞻科技对上图提及的栅极谐振问题给出了机理和解决方案说明：
问题机理：碳化硅由于其材料及工艺的特殊性，再结合实际工作工况的差异性，导致器件的差异表现难以完全避免，尤其是碳化硅体二极管反向恢复特性（差异）。再叠加换流环路不对称性，容易在某些工况点引发严重的栅极谐振，长久会造成器件失效。
06 总结
联系方式：021-68161639
邮箱：he.xu@zinsight-tech.com
1000+2020-2024国内外先进动力系统技术方案解读
点击「阅读原文」，加入SysPro，共建知识体系
「SysPro系统工程智库」让我们未来会更好，
感谢新老朋友们的关注和支持，共同成长！
感谢你的阅读，共同成长！
2024年10月24日
【免责声明】文章为作者独立观点，不代表公众号立场。如因作品内容、版权等存在问题。请于本文刊发30日内联系删除或洽谈版权使用事宜。
「SysPro系统工程智库 2.0」正式启航
点击下图跳转，了解详情
![]()
点击「阅读原文」，加入SysPro，共建知识体系
苹果手机用户请添加文末微信加入
SysPro系统工程智库
一个面向新能源汽车领域的知识库， 用系统工程，构建从底层技术到终端产品的知识体系， 用系统思维，探讨人生哲学；以终为始，坚持成长。 ![]()
点击「阅读原文」，加入SysPro系统工程智库 如果觉得不错，欢迎推荐给身边的人
右下角点个☀在看☀，最好的支持
「SysPro系统工程智库」让我们未来会更好，
感谢新老朋友们的关注和支持，共同成长！
感谢你的阅读，共同成长！
2024年10月24日
「SysPro系统工程智库 2.0」正式启航
点击下图跳转，了解详情
![]()
「SysPro系统工程智库 2.0」正式启航
点击下图跳转，了解详情
点击「阅读原文」，加入SysPro，共建知识体系
苹果手机用户请添加文末微信加入
SysPro系统工程智库
一个面向新能源汽车领域的知识库， 用系统工程，构建从底层技术到终端产品的知识体系， 用系统思维，探讨人生哲学；以终为始，坚持成长。 ![]()
点击「阅读原文」，加入SysPro系统工程智库 如果觉得不错，欢迎推荐给身边的人
右下角点个☀在看☀，最好的支持
SysPro系统工程智库
如果觉得不错，欢迎推荐给身边的人
右下角点个☀在看☀，最好的支持
