- 回答星友布布的疑问，关于SiC和Si是如何对电机效率产生影响的？以及为什么？
- 文字原创，作者Mr.H，非授权不得转载
- 结合实践经验，对相关信息做了系统性的梳理和整合，相关参考详见文末
导语：在动力系统的逆变器中，传统的绝缘栅双极晶体管（IGBT）和场效应晶体管（MOSFET），均以硅（Si）为材料基础，长期占据主导地位。然而，随着EV/HEV/PHEV的快速应用和发展，市场对电动汽车在效率、功率密度、工作温度方面提出了更高、更迫切的要求，动力总成作为其"心脏"，首当其冲肩负着这一重要使命，而Si基IGBT/MOSFET技术目前已逼近其材料性能的理论上限。
电动汽车动力总成系统的组件和相应的损耗[1]
目录
2.1 SiC和Si器件特征对比：理论分析 2.2 SiC和Si器件特征对比：试验说明
3.1 SiC器件特性对电机效率的贡献在哪里? 3.2 为什么"杂质"成分多，会导致电机中产生额外的功率损耗？
注：本篇节选，完整内容在知识星球发布
SiC和Si，对电机的效率的影响是什么？
不同输出功率下基于 Si 和 SiC 的驱动系统的效率比较（a）低转速;（b） 高转速
图片来源：AESA
那么，产生这一现象的原因究竟是什么呢？
02
2.1 SiC和Si器件特征对比：理论分析
在探讨标题这个问题之前，我们先简单对比SIC和Si-IGBT 基本特性。关于这个问题，我们之前已多次聊过，这里我仅从开关特性、导通特性、温度行为，三个角度再总结下。
从开关特性看，IGBT属于双极性器件，在关断时由于少子的复合肯定会造成拖尾电流，使其开关损耗特性较差。然而，SiC MOSFET具有更快的开和关速度，且没有拖尾电流, 所以其开关损耗对比IGBT具明显优势。
IGBT 和SIC MOSFET开关特性
图片来源：英飞凌
在电流较小时，SiC mosfet 具有更小的导通损耗
当电流较大（超过曲线交点）时，IGBT 的导通损耗则更小
IGBT 和SIC MOSFET导通特性
图片来源：英飞凌
这里可以看出：SiC MOSFET器件并不是在所有负载条件下，都具有压倒性的性能优势，这点在01部分的图中也能看出（参考图片"不同输出功率下基于 Si 和 SiC 的电控效率比较"）。
|SysPro备注：这里主要想说明SiC和Si开关行为随温度变化的情况，这一点也很重要，因为开关的行为间接影响了控制器产生电流的质量好坏，这一点我会在下面解释下，这里先看结果。
下图展示的是IGBT和SiC MOSFET在不同温度下的开关损耗(25°C和150°C)：
图片来源：TOSHIBA Application Note
|SysPro备注：解释上图，重点关注表格。
IGBT的开关损耗：在25°C时，IGBT的开关损耗为2.0 mJ，当温度升高到150°C时，损耗上升为2.5 mJ。SiC MOSFET的开关损耗：在25°C时，SiC MOSFET的开关损耗为0.7 mJ，明显低于IGBT，约为原来的 65%；此外，当温度升高到150°C时，SiC MOSFET的开关损耗降低到0.6 mJ，约为原IGBT 75%。因此，SiC相比IGBT，不仅仅是降低了开关损耗，更重要的是其热稳定性特征。
(知识星球发布)
SiC和Si的开关特征波形[1]
SiC和Si的开关特性测试量化结果[1]
具体解释下：在导通时间方面，SiC达到了85 ns，相比之下，Si在25°C时的导通时间为143 ns。当温度升至175°C时，SiC的导通时间缩短至79 ns，而Si则为145 ns。尽管温度有所变化，但SiC和Si的导通时间都保持在相对稳定的范围内。
03
SiC对电机效率贡献更好，背后的机理是什么？
3.1 SiC器件特性对电机效率的贡献在哪里?
整车能耗角度看，Si 和 SiC 驱动系统各自最终的表现如何呢？
(知识星球发布)
本文从SiC和Si功率半导体器件特征着手，澄清了SiC和Si，是分别如何对驱动电机效率产生影响1？并阐述了产生这一现象背后的逻辑和原因，通过理论方程加以说明2。最后，基于UDDS驾驶循环路谱下，说明了SiC逆变器电机系统的效率均优于Si系统3，并从整车能耗、续航里程、综合效率数据结果角度进行了量化确认4。
以上是关于星友提问<SiC和Si，是如何对驱动电机效率产生影响？>的答复(节选)，完整版解读在知识星球 [SysPro|电动汽车动力系统性能解读] 专栏发布，欢迎阅读学习。上述参考文献、技术报告、SIC应用手册、IGBT应用手册已上传知识星球，建议结合相关相关文件一并查阅学习。感谢你的阅读，希望有所帮助！
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