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星空XK汽车电子李 。篠iC功率？楣丶际踝暄泻屠
颁布功夫： 2023-11-08
起源： NE时期新能源
转载自NE时期：
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“碳化硅能做一些什么呢，蕴含体积、沉量、效能的扭转，带来了什么现实益处呢？就是便宜又好，我们就讲性价比，我们此刻要做的事是把欧美的厂商战胜 。不要自己卷，要向名义卷 。”星空XK副总经理李俊称 。
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在车上动力是主题，主题动力来自于电驱，电驱动力来自于功率？ 。碳化硅和硅性质上没有太大差距，只是碳化硅目前的结晶技术导致良率不是出格高，所以碳化硅的成本还是比力高的 。碳化硅健全治理重要通过自动和被动两种方式进行治理 。自动我们就做热治理，被动的我们就监测它的各类电压电流的信号 。
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星空XK在碳化硅？樯侠米隽肆娇800V的碳化硅电驱动总成，一个是250千瓦，一个是200千瓦的，速度都在20000转，都按职能安全做的 。我们把整个汽车电力电子变换都做了，MCU、OBC、DCDC、DCAC都做了，我们还做了碳化硅封装技术的有关钻研，单面水冷、双面水冷、HPD封装的都有 。
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以下是演讲实录 。
李 。焊魑恍幸荡罄邢挛绾，我今天代表星空XK给各人带来的话题会商是关于“碳化硅功率？楣丶际踝暄泻屠谩，我今天演讲重要萦绕三个方面 。第一，碳化硅？榈墓丶际 。第二，碳化硅健全治理 。第三，星空XK在碳化硅？樯系睦米隽四男┕ぷ 。
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最近各人知路碳化硅这个话题很火，美国总统拜登都把碳化硅资料作为中美博弈的战术资源，我们也要做好作战的筹备 。这个关键技术各人很明显，在车上动力是主题，主题动力来自于电驱，电驱动力来自于功率？ 。碳化硅能做一些什么呢，蕴含体积、沉量、效能的扭转，带来了什么现实益处呢？就是便宜又好，我们就讲性价比，我们此刻要做的事是把欧美的厂商战胜 。国内钻研界、学界做了好多钻研，有些资料是我们自己钻研的了局 。它的关键技术和原来的硅资料差距不大，从原资料到造成？樽詈蠓庾捌鹄，做的事件也根基相当 。原资料性质上没有太大差距，只是碳化硅目前的结晶技术导致的良率不是出格高，所以碳化硅的成本还是比力高的 。
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?碳化硅固然各人提了好多年，十年前我们就做了样机的研造，碳化硅其时是14倍的硅资料的价值，我们做了样机也钻研了，但是最终没有成 。除了自身的良率问题，还有问题是碳化硅各人都没有吃透，重要是碳化硅这个资料是分歧于硅基资料的 。
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?这是IGBT的模型，我们针对这个模型移植到碳化硅钻研它的健全治理，一个路理，碳化硅资料的寿命和结温最高温度以及温度颠簸关系亲昵 。中央这张表它的温度颠簸和性命周期是成指数关系的，左边图也很显著，这是一个性命周期的模型 。
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我们做了什么工作呢？第一，把碳化硅的机理模型成立起来，和硅基分歧 。第二，把它的模型拿出来，碳化硅带来的益处重要是高频，但是任何事件都是双面的，高频的了局可能就带来了电磁滋扰，DV/DT和DI/DT比力高 。我们做的是多维信号丈量特点值，特点值的拔取也是技术钻研的沉点 。最后我们构建基于数字孪生的大数据健全治理平台实现性命周期在线掌控和寿命预测 。整个变动过程傍边，车的心脏是动力单元，动力起源于电驱，而电驱的心脏就是电力电子变换器，电力电子变换器的主题就在于这些器件，通过故障分析的了局，半导体器件是它的故障源头，并且这些源头是无意和随机占重要的 。针对这个景象我们就要钻研碳化硅器件它的故障、性命周期，我们要用哪些伎俩过问它 。
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?对于人来说我们此刻有自动健身、被动吃药的方式，芯片也有自动和被动的方式 。自动我们就做热治理，被动的我们就监测它的各类电压电流的信号，看看它健不健全，还能活多久 ＝谠炱鞯乃鸷闹匾堑纪ㄋ鸷暮涂厮鸷牧街，总损耗是这个，由于它是封装的？ 。散扰着化设计的时辰就是把这些变量输进去，而后通过有限元获取参数，通过克里金算法，最后我们把优化的数据带入试验模型做处置，我们就对整个系统进行优化，右侧是整个电机和电控系统散扰着化的过程 。
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刚才谈到了热，为什么要监测温度呢？现实上我们这个？榛方诎咦畲嗳醯氖悄？榈募舷，这个键合线由于什么而脆弱呢？
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是由于温度反复颠簸 。做？榈亩贾氛庑┳柿鲜欠制绲，它反复热的膨胀率是不一样的 。我们就要对它的键合线进行监控，这是被动方式，刚才讲的是自动热治理的方式 。被动方式存在几种故障，一种是绑定线脱落了，还有引线断裂了，我们通过什么机理获取呢？这个步骤底子道理就是采集电阻和电压等温度敏感系数，左边这个是半桥的？，是IGBT的模型，我们引用到碳化硅上也一样 。只是它的压降和其他的参数有些分歧，道理是一样的 。我们把它寄生参数都获取了，我们在两侧检测它的电压 。我们能够看到绑定线的处所脱落一个点，电压会高一点，每一个温度下曲线是不一样的，最后我们能够监测电压的变动，获取绑定线脱落的几个点数，而后就知路它败坏的水平，评估它是否该维建了 。第二个步骤，检测焊锡层，此刻碳化硅有的是用银烧结的方式，IGBT此刻盛行的工艺伎俩来说的 。
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这上面是它的模型，下面是测试工具，做1300个循环，健全的了局能够看到后面是齐全的，败坏约莫一半的情况下是这样的，焊锡老化是可见的 。中央的过程做1300个循环，中央有些焊锡发热点比其他处所多一些，这种方式就是我们已经确定有一些问题的时辰做的离线的方式，我们已经把？榇右桓鱿低嘲吣贸隼戳 。
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上面处置伎俩都是监测，为相识决这些问题，我们对整个？榻屑际跫苛┤ゼ嗖馑 。
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这些技术伎俩蕴含加装智能传感器，还有借助于壮大算力的MCU，我们选取FPGA做的，也可能有人会质疑，你用英飞凌的芯片去算能够吗？也能够 。我们做一些自动的热治理之后剩下的就是把门极驱动做一些处置，对环境成分像湿度、光照、压力、磁力、振动这些成分也会思考进去，最后做一个比力前面的驱动规划 。另表一种伎俩就是对这个器件进行实时在线评估，原来损耗模型是经过电流和ESR乘积的累计了局，成立这个模型是它的热阻和损耗乘积再加上环境温度，这是一个通例模型，好多工程师城市算，直接在数据手册上都能够导出来 。但是有一个问题，这都是常态的，你能够获得不变值，动态的不容易评估，还有累计的了局并不是这样的 。累计了局不一样体此刻什么处所？一个是ESR会变，中央这幅图就能够看到ESR经过长功夫累计会变大，它的寿命模型我们是要改进的，应该和前面几个热模型的关系是关联的，呈指数关系 。
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另表它的危险是累计危险的了局，并不是某一段功夫恒定的了局，我们通常工程师选器件的时辰会有一个习惯，拿恒定的好比600A的？橛玫500A，这个时辰我们推算一下它的损耗，现实上这是不正确的，由于它是在一向变动的，我们要改进它 。改进的了局，整个性命周期傍边都是要把变应力转化为恒应力，我们从概率统计的了局来看它的曲线图 。
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?通过威布尔拟合得到曲线图，最下面的处所能够看到是一个功率器件曲线后半段，我们拟合之后曲线是这样的，还有几多寿命能够存在，这是一种伎俩 ；褂刑蓟韪咂悼鼗岽春枚辔侍，好比串扰，会带来一些问题 。我们对于主功率回路进行调整，通过其他的伎俩好比此刻有的驱动是分段式驱动，有的是变电阻驱动，这些驱动芯片蕴含一些技术钻研成就都好多，好比扭转栅极驱动电阻，我们只分2—3段也能够实现它，不愿定必要这么多 。振荡的过程各人很明显，就是由于它寄生参数幼，我们能力高频开关 。但是高频开关的时辰它的振荡会影响它的寿命 。
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?整个智能驱动采取的是多信息融合的健全治理理想，进行数据采集，而后状态监测、健全评估，而后对故障进行预测，提供给守护工程师或者其他售后部门，我们这个？橐涣嘶故潜燃笆倜熘战岬氖背，就像知路一幼我要离去了，我们应该做好筹备 。我们这个数据怎么获取的，通过人机接口和其他系统接口，我们已经把这个系统嵌入了星空XK研造的节造器里，能够通过离线的方式把这个数据下载下来，也能够在线方式通过CAN接口把它导出来 。
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?在这个基础上我们更进一步钻研，已经涉及到整个驱动系统的靠得住性了，这个时辰我们会借助一些此刻盛行的技术伎俩，好比借助于卷积分心经网络，还罕见字编码和其他的神经网络步骤 。通过一个巨磁检测的方式检测电机的故障和其他的故障 。这是电机一个测试平台，我们这个平台上把漏磁信号通过嘎符叶变动，得到数据处置，而后通过卷积神经网络的步骤把参数和特点值提取，通过训练模型预测当前的故障，败坏到什么水平 。另表一种技术伎俩，借助于多物理场仿真，左边就是利用MATLAB，是系统级的，输入电流电压参数，依赖于MATLAB和Pspice，达到？榧兜，上面是开关的损耗，下面是导通损耗，最后得到芯片级的三维热模型 。
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?另表一个伎俩，好多工程师都有各类各样的仿真工具，从多物理场到单板级、系统级、芯片级的，有人感触仿得禁绝，是有这个问题，由于没有关环，仿是仿，但是没有关环 。好多结构工程师有经验，我们去仿，仿完了以来预估的热和现实测出来的温度差距很大，为什么？没有关环 。理论到现实和现实到理论的反复地了局，能力让星空XK仿真越发精密，越发切合现实 。左边的碳化硅模型我们用神经网络做一个处置，通过MATLAB和Pspice反复结合，是一个关环的过程 。这个运行工况输入，能够用Pspice获取IGBT动态数据库，而后我们反复关环，最后得到的了局是一个靠近真实的了局 。齐全精准很难，好比这个模型拿去做电磁仿真，高频段就没那么准了，由于参数有变，仿真和现实要结合起来 。
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我们星空XK在碳化硅？樯侠米隽四男┕ぷ髂？我们做了两款800V的碳化硅电驱动总成，一个是250千瓦，一个是200千瓦的，速度都在20000转，都按职能安全做的 。我们还做了单电控，只有7.5千克 。整个星空XK到此刻已经四五年了，我们这块做了好多工作 。我们把整个汽车电力电子变换都做了，MCU、OBC、DCDC、DCAC都做了，我们还做了碳化硅封装技术，单面水冷、双面水冷、HPD的模型 。
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?我今天的汇报就到这里，感激 。